(57)【要約】  本発明の一側面に係る磁気式動力伝達構造体は、軸方向に沿って延びるシャフト部材と、軸方向に貫通する中空部及び内周面を有する筒状部材であって、中空部にシャフト部材が挿入される、筒状部材と、を備える。シャフト部材の外周面には、径方向外側に突出する突条であって、軸周りに螺旋状に形成された突条が設けられる。筒状部材の内周面には、径方向内側に突出する凸部を含む凸ユニットと、凸ユニットと軸周りに隣り合うように配置され、突条と対面する第１面及び前記第１面に対向する第２面を含む磁石と、が設けられる。磁石の第１面は、第１の磁極に着磁され、磁石の第２面は、第１の磁極とは反対の第２の磁極に着磁される。
2020085162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸及び外周面を有し、軸方向に沿って延びるシャフト部材と、
前記軸方向に貫通する中空部及び内周面を有する筒状部材であって、前記中空部に前記シャフト部材が挿入される、筒状部材と、
を備え、
前記シャフト部材の前記外周面には、前記軸の径方向外側に突出する突条であって、前記軸周りに螺旋状に形成された突条が設けられ、
前記筒状部材の前記内周面には、前記径方向内側に突出する凸部を含む凸ユニットと、前記凸ユニットと前記軸周りに隣り合うように配置され、前記突条と対面する第１面及び前記第１面に対向する第２面を含む磁石と、が設けられ、
前記磁石の前記第１面は、第１の磁極に着磁され、
前記磁石の前記第２面は、前記第１の磁極とは反対の第２の磁極に着磁される、
磁気式動力伝達構造体。
【請求項２】
前記凸ユニットの前記凸部は、複数設けられ、
前記凸ユニットの前記複数の凸部は、前記軸方向に離間して配置される、
請求項１に記載の磁気式動力伝達構造体。
【請求項３】
前記凸ユニットは、前記軸方向に隣接する凸部の間に設けられる凹部を有し、
前記凸ユニットの前記凹部には、非磁性材料が充填されている、
請求項２に記載の磁気式動力伝達構造体。
【請求項４】
前記凸ユニットは、前記筒状部材の前記内周面に一体形成されている、
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】
前記磁石の前記第１面は、前記径方向内側に突出する凸部を含む、
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】
前記磁石の前記凸部は、複数設けられ、
前記磁石の前記複数の凸部は、前記軸方向に離間して配置される、
請求項５に記載の磁気式動力伝達構造体。
【請求項７】
前記凸ユニットは、複数設けられ、
前記磁石は、複数設けられ、
前記各凸ユニットは、前記軸周りに離間して配置され、
前記筒状部材の前記内周面には、前記軸周りに隣接する一対の前記凸ユニットの間にそれぞれ配置された複数の溝部が更に設けられ、
前記各磁石は、前記各溝部に配置される、
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】
前記シャフト部材の前記外周面には、前記軸方向における前記突条の間に配置される凹部が設けられ、
前記シャフト部材の前記凹部には、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】
前記筒状部材の前記内周面より径方向内側に配置され、前記筒状部材の前記凸ユニットを被覆する第１被覆部材を更に備える、
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】
前記シャフト部材の前記外周面より径方向外側に配置され、前記シャフト部材の前記突条を被覆する第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】
軸及び外周面を有し、軸方向に沿って延びるシャフト部材と、
前記軸方向に貫通する中空部及び内周面を有する筒状部材であって、前記中空部に前記シャフト部材が挿入される、筒状部材と、
を備え、
前記シャフト部材の前記外周面には、前記軸の径方向外側に突出する突条であって、前記軸周りに螺旋状に形成された突条が設けられ、
前記筒状部材の前記内周面には、前記径方向内側に突出する凸部をそれぞれ含み、前記軸周りに離間して配置される複数の凸ユニットと、前記軸周りに隣接する一対の前記凸ユニットの間にそれぞれ配置された複数の溝部と、前記各溝部にそれぞれ配置され、前記一対の凸ユニットのうちの一方と対面する第１面、及び前記第１面に対向し、前記一対の凸ユニットのうちの他方と対面する第２面をそれぞれ含む複数の磁石と、が設けられ、
前記各磁石の前記第１面は、第１の磁極に着磁され、
前記各磁石の前記第２面は、前記第１の磁極とは反対の第２の磁極に着磁される、
磁気式動力伝達構造体。
【請求項１２】
前記各凸ユニットの前記凸部は、複数設けられ、
前記各凸ユニットの前記複数の凸部は、前記軸方向に離間して配置される、
請求項１１に記載の磁気式動力伝達構造体。
【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】
この問題点に対して、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号広報
【特許文献２】特開平１１−０３１６１５号公報
【特許文献３】国際公開第２０１８／０９２９０６号
【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】
これらに対して、特許文献３では、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、を備える磁気式動力伝達構造体が提案されている。具体的に、当該磁気式動力伝達構造体では、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。当該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、これにより、他方を並進させることができる。【００１０】
当該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、特許文献３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。加えて、当該磁気式動力伝達構造体では、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ため、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、特許文献３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。【００１１】
しかしながら、本件発明者らは、特許文献３で提案される磁気ネジ機構には、次のような問題点があることを見出した。すなわち、筒状部材において、各磁極部材を着磁するために、各磁極部材の径方向外側に各磁石が配置される。この磁石の加工精度は、磁極部材の材料（例えば、電磁軟鉄、ケイ素鋼、アモルファス磁性合金等）に比べて低く、一例では、各磁石の間で凡そ０．１ｍｍ程度のずれが生じてしまう。そのため、各磁極部材を精度よく製造しても、各磁石の寸法誤差に影響を受けて、各磁極部材の軸周りの配置にずれが生じやすくなってしまう。よって、各磁極部材の各突出部とシャフト部材の各突条との間の距離の寸法精度を管理するのが困難であるという問題点がある。これに起因して、磁気ネジ機構の性能にばらつきが生じやすくなってしまう可能性がある。加えて、利用する磁石の数が比較的に増えやすい傾向にあるため、部品点数が増加しやすいという問題点がある。【００１２】
本発明は、一側面では、このような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、よりシンプルな構造で寸法精度の管理しやす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】
【００１３】
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。【００１４】
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、軸及び外周面を有し、軸方向に沿って延びるシャフト部材と、前記軸方向に貫通する中空部及び内周面を有する筒状部材であって、前記中空部に前記シャフト部材が挿入される、筒状部材と、を備え、前記シャフト部材の前記外周面には、前記軸の径方向外側に突出する突条であって、前記軸周りに螺旋状に形成された突条が設けられ、前記筒状部材の前記内周面には、前記径方向内側に突出する凸部を含む凸ユニットと、前記凸ユニットと前記軸周りに隣り合うように配置され、前記突条と対面する第１面及び前記第１面に対向する第２面を含む磁石と、が設けられ、前記磁石の前記第１面は、第１の磁極に着磁され、前記磁石の前記第２面は、前記第１の磁極とは反対の第２の磁極に着磁される。【００１５】
上記構成では、軸方向に延びるシャフト部材の外周面は、径方向外側に突出する突条であって、軸周りに螺旋状に形成された突条を備えている。一方、シャフト部材が挿入される筒状部材の内周面は、径方向内側に突出する凸部を含む凸ユニットと、凸ユニットと軸周りに隣り合うように配置され、シャフト部材の突条と対面する第１面及び第１面に対向する第２面を含む磁石とを備えている。磁石の第１面は、第１の磁極に着磁され、第２面は、第１の磁極とは反対の第２の磁極に着磁される。つまり、第１面がＮ極に着磁される場合には、第２面はＳ極に着磁され、第１面がＳ極に着磁される場合には、第２面はＮ極に着磁される。【００１６】
これにより、上記構成では、シャフト部材の突条は螺旋状に形成されているため、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、シャフト部材の突条を並進方向（すなわち、軸方向）にずらすことができる。また、筒状部材の凸部とシャフト部材の突条とが対面している部分で、磁石からでた磁束が、シャフト部材（突条）、凸ユニット（凸部）、及び筒状部材を通過して磁石に戻る磁気回路が形成される（磁束の向きは、各面の極性による）。すなわち、筒状部材の内周面に、凸ユニット及び磁石が隣り合うように配置されることで、凸ユニットがコンシクエントポールとなり、シャフト部材、磁石、凸ユニット、及び筒状部材において磁気回路を形成する。この磁気回路により、筒状部材の凸部とシャフト部材の突条とが互いに引き合う磁力が発生する。したがって、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で、シャフト部材の突条を筒状部材に対して並進方向にずらしたときに、筒状部材の凸部がシャフト部材の突条に対面した状態を維持するように、他方を移動させることができる。例えば、シャフト部材を回転させた場合には、シャフト部材の突条のずれに追従するように筒状部材を並進方向に移動させることができる。そのため、上記構成に係る磁気式動力伝達構造体は、磁気ネジ機構として動作することができる。【００１７】
そして、上記構成に係る磁気式動力伝達構造体では、磁気回路を形成するための磁石は、凸ユニットの径方向外側には配置されず、凸ユニットと軸周りに隣り合うように配置される。そのため、磁石の寸法誤差の影響が、凸ユニット（筒状部材）の凸部とシャフト部材の突条との間の距離の寸法精度に及ぶのを避けることができる。つまり、上記構成によれば、磁石の寸法誤差を無視して、凸ユニットの凸部とシャフト部材の突条との間の距離の寸法精度を管理することができる。加えて、上記構成では、シャフト部材から見て径方向外側には、凸ユニット及び磁石の両方を配置するのではなく、凸ユニット及び磁石のいずれかが配置されればよいため、部品点数を抑えることができる。したがって、上記構成によれば、よりシンプルな構造で寸法精度の管理しやすい磁気ネジ機構を提供することができる。これにより、より安価で実用性の高い磁気ネジ機構を性能のバラツキを抑えた上で量産することができる。【００１８】
なお、「軸周り」は、軸を中心とした回転方向（周方向）を指す。また、「径方向」は、軸方向に垂直な面の方向（すなわち、軸を中心とした円の半径の方向）を指す。「螺旋状」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、「螺旋状」とは、軸周りに回転させたときに、軸と平行の接線上の点がいずれかの方向にずれる形状を指す。「磁石」は、永久磁石であってもよいし、コイルにより形成される電磁石であってもよい。磁石は、スキュー着磁されていてもよい。シャフト部材の突条は、１条であってもよいし、２条以上であってもよい。シャフト部材の突条の数は、特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。筒状部材の少なくとも磁束の通過する部分（凸ユニットを含む）及びシャフト部材の少なくとも磁束の通過する部分は、磁性のある材料（以下、「磁性材料」とも記載する）で構成される。【００１９】
上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体において、前記凸ユニットの前記凸部は、複数設けられてよく、前記凸ユニットの前記複数の凸部は、前記軸方向に離間して配置されてよい。当該構成によれば、より高出力の磁気ネジ機構を提供することができる。なお、凸ユニットの各凸部は、シャフト部材の突条の軸方向の並びに対応するように配置されてもよい。つまり、軸方向における凸部の間隔は、軸方向における突条の間隔と一致させてもよい。ただし、凸ユニットにおける凸部の並びは、このような例に限定されなくてもよく、軸方向における凸部の間隔は、軸方向における突条の間隔と一致していなくてもよい。凸ユニットにおける凸部の数は、特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。【００２０】
上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体において、前記凸ユニットは、前記軸方向に隣接する凸部の間に設けられる凹部を有してもよく、前記凸ユニットの前記凹部には、非磁性材料が充填されていてもよい。当該構成によれば、凸ユニットの凸部の破損を抑制することができる。【００２１】
上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体において、前記凸ユニットは、前記筒状部材の前記内周面に一体形成されていてもよい。当該構成によれば、部品点数を更に抑えることができるため、更にシンプルな構造の磁気ネジ機構を提供することができる。【００２２】
上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体において、前記磁石の前記第１面は、前記径方向内側に突出する凸部を含んでもよい。当該構成によれば、より高出力の磁気ネジ機構を提供することができる。【００２３】
上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体において、前記磁石の前記凸部は、複数設けられてよく、前記磁石の前記複数の凸部は、前記軸方向に離間して配置されてもよい。当該構成によれば、より高出力の磁気ネジ機構を提供することができる。なお、磁石の各凸部は、シャフト部材の突条の軸方向の並びに対応するように配置されてもよい。つまり、軸方向における凸部の間隔は、軸方向における突条の間隔と一致させてもよい。ただし、磁石における凸部の並びは、このような例に限定されなくてもよく、軸方向における凸部の間隔は、軸方向における突条の間隔と一致していなくてもよい。磁石における凸部の数は、特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。【００２４】
上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体において、前記凸ユニットは、複数設けられてよく、前記磁石は、複数設けられてよく、前記各凸ユニットは、前記軸周りに離間して配置されてよく、前記筒状部材の前記内周面には、前記軸周りに隣接する一対の前記凸ユニットの間にそれぞれ配置された複数の溝部が更に設けられてよく、前記各磁石は、前記各溝部に配置されてもよい。当該構成によれば、より高出力の磁気ネジ機構を提供することができる。【００２５】
上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体において、前記シャフト部材の前記外周面には、前記軸方向における前記突条の間に配置される凹部が設けられてよく、前記シャフト部材の前記凹部には、非磁性材料が充填されてよい。当該構成によれば、非磁性材料を凹部に充填することで、シャフト部材の突条が破損する可能性を低減することができる。【００２６】
上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体は、前記筒状部材の前記内周面より径方向内側に配置され、前記筒状部材の前記凸ユニットを被覆する第１被覆部材を更に備えてもよい。当該構成によれば、シャフト部材の突条に対して凸ユニットの凸部を第１被覆部材で被覆することで、シャフト部材の突条と凸ユニットの凸部との接触を抑制することができる。そのため、凸ユニットの凸部が破損する可能性を低減することができる。【００２７】
上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体は、前記シャフト部材の前記外周面より径方向外側に配置され、前記シャフト部材の前記突条を被覆する第２被覆部材を更に備えてもよい。当該構成によれば、凸ユニットの凸部に対してシャフト部材の突条を第２被覆部材で被覆することで、シャフト部材の突条と凸ユニットの凸部との接触を抑制することができる。そのため、シャフト部材の突条が破損する可能性を低減することができる。【００２８】
また、本発明の一側面に係る磁気式動力伝達構造体は、軸及び外周面を有し、軸方向に沿って延びるシャフト部材と、前記軸方向に貫通する中空部及び内周面を有する筒状部材であって、前記中空部に前記シャフト部材が挿入される、筒状部材と、を備え、前記シャフト部材の前記外周面には、前記軸の径方向外側に突出する突条であって、前記軸周りに螺旋状に形成された突条が設けられ、前記筒状部材の前記内周面には、前記径方向内側に突出する凸部をそれぞれ含み、前記軸周りに離間して配置される複数の凸ユニットと、前記軸周りに隣接する一対の前記凸ユニットの間にそれぞれ配置された複数の溝部と、前記各溝部にそれぞれ配置され、前記一対の凸ユニットのうちの一方と対面する第１面、及び前記第１面に対向し、前記一対の凸ユニットのうちの他方と対面する第２面をそれぞれ含む複数の磁石と、が設けられ、前記各磁石の前記第１面は、第１の磁極に着磁され、前記各磁石の前記第２面は、前記第１の磁極とは反対の第２の磁極に着磁される。当該構成に係る磁気式動力伝達構造体では、隣接する凸ユニットの間に各磁石が配置される。これにより、各凸ユニットの凸部がシャフト部材の突条に対面している間、各磁石からでた磁束が、一方の凸ユニット（凸部）、シャフト部材（突条）、他方の凸ユニット（凸部）を通過して各磁石に戻る磁気回路が形成される（磁束の向きは、各面の極性による）。この磁気回路の構成の点を除き、当該構成に係る磁気式動力伝達構造体は、上記構成に係る磁気式動力伝達構造体と同様に動作し、かつ作用効果を得ることができる。よって、当該構成によれば、よりシンプルな構造で寸法精度の管理しやすい磁気ネジ機構を提供することができる。【００２９】
上記一側面に係る磁気式動力伝達構造体において、前記各凸ユニットの前記凸部は、複数設けられてよく、前記各凸ユニットの前記複数の凸部は、前記軸方向に離間して配置されてよい。当該構成によれば、より高出力の磁気ネジ機構を提供することができる。なお、各凸ユニットの凸部の並び及び数については、上記構成と同様であってよい。【００３０】
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。当該構成によれば、よりシンプルな構造で寸法精度の管理しやす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。【００３１】
上記一側面に係るアクチュエータは、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。【００３２】
上記一側面に係るアクチュエータは、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。なお、シャフト部材の傾きとは、シャフト部材の回転角度、すなわち、筒状部材に対するシャフト部材の軸周りの角度のことである。【００３３】
上記一側面に係るアクチュエータは、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、アクチュエータの出力制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、よりシンプルな構造で寸法精度の管理しやす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】
【００３５】
【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の軸方向に沿う断面を模式的に例示する断面図である。
【図４】図４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一部切り欠き斜視断面図である。
【図５】図５は、実施の形態に係る磁気式動力伝達構造体の筒状部材を軸方向に沿って見た様子を模式的に例示する。
【図６】図６は、実施の形態に係る磁気式動力伝達構造体の動作原理を説明するための部分断面斜視図である。
【図７】図７は、実施の形態に係る磁気式動力伝達構造体の動作原理を説明するための展開図である。
【図８】図８は、実施の形態に係る磁気式動力伝達構造体の動作原理を説明するための図であって、磁気式動力伝達構造体を軸方向に沿って見た様子を模式的に例示する図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図８のＡ１−Ａ１線の部分断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図８のＢ１−Ｂ１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ソフトウェア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、変形例に係る磁気式動力伝達構造体を軸方向に沿って見た様子を模式的に例示する。
【図１９】図１９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部分断面図である。
【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部分断面図である。
【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部分断面図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、凸ユニットの凹部の形状の一例を例示する。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、凸ユニットの凹部の形状の一例を例示する。
【図２３】図２３は、各磁石の形状の一例を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
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。
【００３７】
§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である。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の軸方向に沿う断面を模式的に例示する。図４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一部切り欠き斜視断面図である。
【００３８】
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、軸３１を有し、軸方向（図３の左右方向）に沿って延びるシャフト部材３と、軸方向に貫通する中空部２１を有し、この中空部２１にシャフト部材３が挿入される、筒状部材２と、を備えている。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。
【００３９】
［シャフト部材］
まず、シャフト部材３について説明する。本実施形態では、シャフト部材３は、軸方向に沿って延び、円柱状に形成された本体部３０を備えている。この本体部３０は、中実に構成されており、中心を通る軸３１と、外側の面である外周面３２と、を備えている。これにより、本実施形態では、シャフト部材３は、軸３１及び外周面３２を有し、軸方向に沿って延びるように構成されている。
【００４０】
シャフト部材３の外周面３２には、軸３１の径方向外側に突出する突条３３であって、軸周りに螺旋状に形成された突条３３が設けられている。軸周りとは、軸３１を中心とした回転方向（周方向）を指す。また、径方向は、軸方向に垂直な面の方向（すなわち、軸３１を中心とした円の半径の方向）を指す。螺旋状とは、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、螺旋状とは、軸周りに回転させたときに、軸３１と平行の接線上の点がいずれかの方向にずれる形状を指す。
【００４１】
各図に示されるとおり、本実施形態では、シャフト部材３の突条３３は１条である。また、本実施形態では、突条３３は、軸方向の一端部から他端部まで連続的に延びている。この突条３３の設けられる軸方向の範囲は、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。図３に示されるとおり、シャフト部材３の外周面３２における突条３３の設けられる範囲には、軸方向における突条３３の間に配置される凹部３５が設けられる。突条３３及び凹部３５それぞれの形状及び寸法は、特に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。本実施形態では、突条３３は、断面矩形状に形成されている。
【００４２】
このようなシャフト部材３は、磁性材料を用いて作製することができる。シャフト部材３の材料には、磁性材料として、例えば、軟磁性材料（電磁軟鉄、ケイ素鋼、アモルファス磁性合金等）、炭素鋼等を用いることができる。作製方法の一例として、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、突条３３を有するシャフト部材３を作製することができる。このシャフト部材３には、公知のボールねじが利用されてもよい。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。
【００４３】
［筒状部材］
次に、図５を更に用いて、筒状部材２について説明する。図５は、本実施形態に係る筒状部材２を軸方向に沿って見た様子を模式的に例示する。
【００４４】
各図に示されるとおり、本実施形態に係る筒状部材２は、軸方向に沿って延びる円筒状の本体部２０を備えている。この本体部２０は、軸方向に貫通する中空部２１及び中空部２１に隣接する内側の面である内周面２２を備えている。これにより、本実施形態では、筒状部材２は、中空部２１及び内周面２２を有するように構成されている。
【００４５】
本実施形態では、筒状部材２の内周面２２には、複数の凸ユニット２３、複数の溝部２４、及び複数の磁石２５が設けられる。各図により示される例では、凸ユニット２３、溝部２４、及び磁石２５はそれぞれ、２つずつ設けられている。各凸ユニット２３は、軸周りに離間して配置される。各溝部２４は、軸周りに隣接する一対の凸ユニット２３の間に配置される。各磁石２５は、各凸ユニット２３と軸周りに隣り合うように各溝部２４に配置される。
【００４６】
（凸ユニット）
各凸ユニット２３は、軸方向に沿って延び、円弧状に形成された基部を有しており、この基部の内側の面（内周面）からそれぞれ径方向内側に突出する複数の凸部２３１を含んでいる。凸部２３１の数は、特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。
【００４７】
本実施形態では、各凸部２３１は、軸方向に離間して配置されている。図３に示されるとおり、本実施形態では、各凸部２３１は、シャフト部材３の突条３３の軸方向の並びに対応するように配置されている。つまり、軸方向における凸部２３１の間隔は、軸方向における突条３３の間隔と一致している。各凸ユニット２３の基部の内側の面には、更に、軸方向における凸部２３１の間に配置される凹部２３２が設けられる。
【００４８】
各凸部２３１及び各凹部２３２の形状及び寸法は、特に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。図３に示されるとおり、本実施形態では、各凸部２３１の軸方向に沿う断面は、矩形状に形成されている。一方、各溝部２４の断面は、円弧状に形成されている。また、図５に示されるとおり、軸方向に沿って見た場合における各凸部２３１の形状は、円弧状に形成されている。
【００４９】
各凸部２３１は、シャフト部材３の突条３３に対応するように、軸周りに螺旋状に形成されてもよいし、あるいは、軸周りに沿って延びるように形成されてもよい。各凸ユニット２３の軸方向の寸法は、実施の形態に応じて適宜決定されてよく、筒状部材２の本体部２０の軸方向の寸法と一致していてもよいし、一致していなくてもよい。例えば、軸方向において、各凸ユニット２３は、本体部２０よりも短く形成されてもよい。
【００５０】
各凸ユニット２３は、磁性材料を用いて形成される。上記シャフト部材３と同様に、各凸ユニット２３の材料には、磁性材料として、例えば、軟磁性材料、炭素鋼等を用いることができる。各凸ユニット２３は、磁性材料を適宜切削加工等することで作製することができる。本実施形態では、各凸ユニット２３は、筒状部材２の本体部２０の内周面２２に一体形成されている。
【００５１】
（磁石）
一方、各磁石２５は、軸方向に沿って延びており、凸ユニット２３の間に形成された各溝部２４に配置される。図５に示されるとおり、各磁石２５の軸方向に垂直な断面は、略９０度の円弧状に形成されている。これに対応して、各凸ユニット２３の断面が、略９０度又は９０度よりやや小さい角度を有する円弧状に形成されることで、各溝部２４の断面は、各磁石２５と同じ又は各磁石２５よりもやや大きな角度を有する円弧状に形成されている。これにより、各磁石２５は、各凸ユニット２３に軸周りに隣り合うように各溝部２４に配置可能に形成されている。各磁石２５の軸方向の寸法は、実施の形態に応じて適宜決定されてよく、筒状部材２の本体部２０の軸方向の寸法と一致していてもよいし、一致していなくてもよい。例えば、軸方向において、各磁石２５は、本体部２０よりも短く形成されてよい。
【００５２】
各磁石２５は、径方向内側を向き、シャフト部材３の突条３３と対面する内側曲面２５１、内側曲面２５１に対向する外側曲面２５２を含んでいる。更に、各磁石２５は、軸周りに隣接する一対の凸ユニット２３のうちの一方と対面する第１側面２５５、及び第１側面２５５に対向し、一対の凸ユニット２３のうちの他方と対面する第２側面２５６を含んでいる。各曲面（２５１、２５２）は滑らかであり、各側面（２５５、２５６）は平らである。つまり、本実施形態では、内側曲面２５１には、各凸ユニット２３と異なり、凸部は設けられていない。
【００５３】
本実施形態では、内側曲面２５１は、第１の磁極に着磁され、外側曲面２５２は、第１の磁極とは反対の第２の磁極に着磁される。つまり、内側曲面２５１がＮ極に着磁される場合には、外側曲面２５２はＳ極に着磁され、内側曲面２５１がＳ極に着磁される場合には、外側曲面２５２はＮ極に着磁される。どちらの場合でも、磁気式動力伝達構造体１の動作原理は同じである。そのため、以下では、説明の便宜のため、内側曲面２５１がＳ極に着磁されており、外側曲面２５２がＮ極に着磁されていると想定し、他方の場合の説明を適宜省略する。内側曲面２５１は、本発明の「第１面」の一例であり、外側曲面２５２は、本発明の「第２面」の一例である。各磁石２５は、永久磁石であってもよいし、コイルにより形成される電磁石であってもよい。また、各磁石２５は、スキュー着磁されていてもよい。
【００５４】
（作製方法）
このような筒状部材２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、本体部２０を構成するための円柱状の磁性材料を用意する。用意する磁性材料は、上記シャフト部材３と同様に、軟磁性材料、炭素鋼等であってよい。次に、用意した磁性材料を適宜加工することで、中空部２１と共に各凸ユニット２３及び各溝部２４を本体部２０に形成する。各凸ユニット２３の部分の面には、切削加工等により、各凸部２３１を構成する歯を刻む。そして、各磁石２５を用意し、用意した各磁石２５を各溝部２４に配置する。これにより、上記筒状部材２を作製することができる。
【００５５】
本実施形態では、各凸ユニット２３及び各磁石２５を含む筒状部材２の中空部２１の内径は、突条３３を含むシャフト部材３の外径よりもやや大きくなるように設定される。これにより、筒状部材２の各凸部２３１及び各磁石２５にシャフト部材３の突条３３が干渉することなく、シャフト部材３を中空部２１に挿入し、各凸ユニット２３及び各磁石２５の径方向内側に突条３３を配置することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、筒状部材２の軸方向の長さは、シャフト部材３の軸方向の長さよりも短くなるように設定される。そのため、本実施形態では、図１〜図４に例示されるとおり、シャフト部材３を筒状部材２に挿入したときに、シャフト部材３は、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される。
【００５７】
なお、図５により示される例では、各溝部２４が各磁石２５よりやや大きくなっており、これにより、各磁石２５の各側面（２５５、２５６）と各凸ユニット２３との間には隙間が設けられている。ただし、各溝部２４の寸法は、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決定されてよい。例えば、各溝部２４と各磁石２５とをほぼ同じ寸法で形成することで、各側面（２５５、２５６）と各凸ユニット２３との間に隙間がほぼ生じないようにしてもよい。
【００５８】
§２  動作例
次に、図６〜図８、図９Ａ及び図９Ｂ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６は、本実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１の動作原理を説明するための部分断面斜視図である。図７は、本実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１の動作原理を説明するための展開図である。図８は、本実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１を軸方向に沿って見た様子を模式的に例示する。図９Ａは、図８のＡ１−Ａ１線の部分断面図である。図９Ｂは、図８のＢ１−Ｂ１線の部分断面図である。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想定する。
【００５９】
各図により示される場面では、筒状部材２の各凸ユニット２３に形成された各凸部２３１は、シャフト部材３の突条３３と対面している。この状態では、Ｎ極に着磁されている各磁石２５の外側曲面２５２から出た磁束は、本体部２０を経由して各凸ユニット２３の各凸部２３１に進入する。本体部２０は、磁性材料で形成されることで、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。各凸部２３１に進入した磁束は、各凸ユニット２３から放出され、シャフト部材３の突条３３に進入する。突条３３に進入した磁束は、突条３３内又は／及び軸体を経由して、各磁石２５と対面する部分まで到達し、この部分から、Ｓ極に着磁された各磁石２５の内側曲面２５１に向けて放出される。
【００６０】
つまり、本実施形態では、筒状部材２の内周面２２において、各凸ユニット２５及び各磁石２５が隣り合うように配置されることで、各凸ユニット２５がコンシクエントポールとなる。各磁石２５から放出された磁束が、筒状部材２（本体部２０）、各凸ユニット２３（凸部２３１）、及びシャフト部材３（突条３３）の順で通過し、再び各磁石２５に戻る磁気回路が形成される。図７に示されるとおり、この磁気回路により、各凸部２３１の表面がＮ極として作用するのに対して、突条３３の各凸部２３１と対面する部分がＳ極として作用する。また、突条３３の各磁石２５と対面する部分がＮ極として作用する。内側曲面２５１がＮ極に着磁され、外側曲面２５２がＳ極に着磁されている場合にも、磁束の向きが反対であるものの、上記と同じように磁気回路が形成される。これにより、本実施形態では、筒状部材２の各凸部２３１とシャフト部材３の突条３３との間で磁気による引力が作用する。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。
【００６１】
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の突条３３は、螺旋状に形成されているため、筒状部材２に対して軸方向（図９Ａの左右方向）に並進する。本実施形態では、突条３３は、右螺旋に形成されている。そのため、図９Ａの例では、突条３３は、右方向に並進する。これにより、シャフト部材３の突条３３は、筒状部材２の各凸部２３１に対して軸方向にずれるように移動する。この移動に対して、各磁石２５による上記引力は、突条３３と各凸部２３１との位置関係を維持するように作用する。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、突条３３の並進した分だけ軸方向に並進する。つまり、図９Ａの例では、突条３３の右方向の並進に追従するように、筒状部材２は、右方向に並進する。
【００６２】
以上の作用により、本実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１は、シャフト部材３を回転させることで、筒状部材２を軸方向に並進させることができる。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。シャフト部材３は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、図９Ａの例では、突条３３は左方向に並進し、筒状部材２は、この突条３３の並進に追従して左方向に並進する。つまり、シャフト部材３の回転方向により、筒状部材２の移動方向を決定することができる。
【００６３】
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い。筒状部材２が、軸周りに回転可能に固定され、シャフト部材３が軸周りに回転不能に固定されてもよい。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。
【００６４】
§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。
【００６５】
本実施形態では、アクチュエータ１００は、平板状のベースプレート１０１を備えており、このベースプレート１０１には、矩形状の３つの固定部材１０２〜１０４が軸方向に並んで配置されている。シャフト部材３の一端部は、軸受け１０５を介して固定部材１０２に回転可能に固定されている。また、シャフト部材３は、他端部側に配置された各固定部材（１０３、１０４）にも回転可能に固定されている。シャフト部材３の他端部には回転モータ１１１が取り付けられており、かつこの回転モータ１１１と固定部材１０４を挟むようにカップリング１０６が取り付けられている。これにより、シャフト部材３は、回転可能にかつ並進不能に固定されている。
【００６６】
一方、筒状部材２は、一対の固定部材（１０２、１０３）の間に配置されている。ベースプレート１０１の面には、軸方向に沿って延びるリニアガイド１０７が設けられており、筒状部材２の底面は、このリニアガイド１０７に取り付けられている。これにより、筒状部材２は、回転不能にかつ並進可能に固定されている。また、筒状部材２の一端部側の面には、固定部材１０２よりも先に延びる４つの出力用シャフト１１２が取り付けられており、出力用シャフト１１２の先端にはロッドエンド１１３が取り付けられている。出力用シャフト１１２及びロッドエンド１１３により出力軸が構成されている。
【００６７】
回転モータ１１１は、「回転装置」の一例であり、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。回転モータ１１１には、市販の回転型モータが用いられてよい。この回転モータ１１１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、回転モータ１１１の回転量を測定する回転センサ１１７が取り付けられている。回転センサ１１７の種類は、特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。回転センサ１１７には、例えば、公知のロータリエンコーダが用いられてよい。なお、シャフト部材３の傾きとは、シャフト部材３の回転角度、すなわち、筒状部材２に対するシャフト部材３の軸周りの角度のことである。図１０の例では、回転センサ１１７は、シャフト部材３の他端部に取り付けられている。ただし、回転センサ１１７の配置は、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。回転センサ１１７は、例えば、シャフト部材３の一端部の近傍に配置されるように、軸受け１０５に取り付けられてもよい。回転センサ１１７を回転モータ１１１の後端に取り付けた場合、回転モータ１１１に付属する減速機（不図示）の分だけ計測誤差が生じる可能性がある。これに対して、回転センサ１１７を軸受け１０５に取り付けた場合には、シャフト部材３の回転を直接的に計測することができる。そのため、回転モータ１１１によるシャフト部材３の回転量を正確に計測することができる。
【００６８】
また、ベースプレート１０１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１１６が取り付けられている。ただし、位置センサ１１６の配置は、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。位置センサ１１６は、例えば、筒状部材２に取り付けられてもよい。この位置センサ１１６には、例えば、公知のリニアエンコーダが用いられてよい。位置センサ１１６の種類は、特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。
【００６９】
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、回転モータ１１１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、このシャフト部材３の回転に応じて、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、回転モータ１１１を駆動することによって、出力用シャフト１１２及びロッドエンド１１３で構成された出力軸を並進させることができる。
【００７０】
［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の動作を制御するための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。
【００７１】
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。
【００７２】
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の突条３３と筒状部材２の各凸ユニット２３における各凸部２３１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。
【００７３】
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。
【００７４】
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の各凸部２３１とシャフト部材３の突条３３とが対面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３３の軸方向に隣接する山の間隔を示している。
【００７５】
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の各凸部２３１とシャフト部材３の突条３３とが対面状態にあるようなシャフト部材３の傾きを示している。
【００７６】
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。
【００７７】
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、回転モータ１１１、位置センサ１１６、及び回転センサ１１７に接続している。そのため、制御装置９は、位置センサ１１６及び回転センサ１１７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の値を取得することができる。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）で回転モータ１１１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。
【００７８】
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。
【００７９】
（ソフトウェア構成）
次に、図１３を用いて、本実施形態に係る制御装置９のソフトウェア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のソフトウェア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、ソフトウェアモジュールとして位置制御部９１１及び力制御部９１２を備えるコンピュータとして動作する。
【００８０】
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、これらのソフトウェアモジュールがいずれも汎用のＣＰＵによって実現される例を説明している。しかしながら、これらのソフトウェアモジュールの一部又は全部が、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のソフトウェア構成に関して、実施形態に応じて、適宜、ソフトウェアモジュールの省略、置換、及び追加が行われてもよい。各ソフトウェアモジュールに関しては後述する動作例で詳細に説明する。
【００８１】
（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。
【００８２】
（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）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１１６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。
【００８３】
具体的には、制御装置９の制御部９１は、位置制御部９１１として動作して、位置センサ１１６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。
【００８４】
続いて、制御部９１は、所望の位置ｚtargetの値と位置センサ１１６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回転モータ１１１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回転モータ１１１に与える。
【００８５】
回転モータ１１１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１１６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回転モータ１１１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１１６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回転モータ１１１に与えてもよい。
【００８６】
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１１７の出力を利用しない。そのため、この制御方法を採用する場合には、回転センサ１１７は省略されてもよい。
【００８７】
（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１１６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１１７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）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。
【００８８】
具体的には、制御装置９の制御部９１は、力制御部９１２として動作して、位置センサ１１６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１１７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）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。
【００８９】
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１１６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）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）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）で所望の力Ｆtargetを発生させるように、回転モータ１１１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回転モータ１１１に与える。これにより、アクチュエータ１００は、出力軸を介して所望の力Ｆtargetが得られるように制御される。
【００９０】
（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）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１１６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１１７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）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。
【００９１】
具体的には、制御装置９の制御部９１は、位置センサ１１６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１１７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。
【００９２】
次に、制御部９１は、位置制御部９１１として動作して、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１１６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）で発生させる所望の力Ｆtargetの値を決定する。
【００９３】
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）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。
【００９４】
続いて、制御部９１は、力制御部９１２として動作し、対応関係データ９２２を参照することで、位置センサ１１６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）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）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）で所望の力Ｆtargetを発生させるように、回転モータ１１１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回転モータ１１１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）を所望の位置ｚtargetに移動させるように制御される。なお、説明の便宜上、上記図１５及び図１６では、回転センサ１１７は、シャフト部材３に取り付けられている。しかしながら、回転センサ１１７の位置は、このような例に限定されなくてもよく、図１０と同様に回転モータ１１１の後端部に取り付けられてもよいし、軸受け１０５に取り付けられてもよい。
【００９５】
§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、磁気回路を形成するための各磁石２５は、各凸ユニット２３の径方向外側には配置されず、各凸ユニット２３と軸周りに隣り合うように配置される。そのため、各磁石２５の寸法誤差の影響が、各凸ユニット２３の各凸部２３１とシャフト部材３の突条３３との間の距離の寸法精度に及ぶのを避けることができる。つまり、各磁石２５の寸法誤差の影響を考慮することなく、各凸ユニット２３の各凸部２３１とシャフト部材３の突条３３との間の距離の寸法誤差を管理することができる。加えて、本実施形態では、シャフト部材３から見て径方向外側に、凸ユニット２３及び磁石２５の両方を配置するのではなく、凸ユニット２３及び磁石２５のいずれかが配置されればよいため、部品点数を抑えることができる。本実施形態では、各凸ユニット２３を筒状部材２の内周面２２に一体形成することで、更に部品点数を抑えることができる。具体的には、内周面２２に２つの凸ユニット２３の形成された筒状部材２、２つの磁石２５、及びシャフト部材３の４つの部品で磁気式動力伝達構造体１を構成することができる。したがって、本実施形態によれば、よりシンプルな構造で寸法精度の管理しやすい磁気ネジ機構を提供することができる。これにより、より安価で実用性に富んだ磁気ネジ機構を性能のバラツキを抑えた上で量産することができる。
【００９６】
なお、本実施形態では、各磁石２５には、回転型モータ等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２５は安価に入手することができる。また、各凸ユニット２３において、各凸部２３１は、各磁石２５により着磁され、磁極として機能する。この磁極を設けるための工程は、凸ユニット２３の内周面に各凸部２３１を設ける工程に過ぎない。そのため、筒状部材２側に形成する磁極、すなわち、凸部２３１の数は容易に調整することができる。これにより、磁気ネジ機構により出力の大きさを適宜調節することができる。したがって、本実施形態によれば、生産性に優れ、かつ実用性の高い磁気ネジ機構を提供することができる。
【００９７】
§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寸法は、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。
【００９８】
＜５．１＞
上記実施形態では、筒状部材２には、凸ユニット２３、溝部２４、及び磁石２５がそれぞれ２つずつ設けられている。しかしながら、筒状部材２に設けられる凸ユニット２３、溝部２４、及び磁石２５の数は、２つに限られなくてもよく、３つ以上であってもよい。また、筒状部材２に設けられる凸ユニット２３、溝部２４、及び磁石２５の数は、複数に限られなくてもよく、１つであってもよい。更に、上記の磁気回路を形成可能であれば、凸ユニット２３及び磁石２５の数は互いに一致していなくてもよい。例えば、１つの溝部２４に複数の磁石２５が配置されてもよい。
【００９９】
また、上記実施では、各凸ユニット２３の内側の面には、複数の凸部２３１が設けられている。図９Ａにより示される例では、各凸ユニット２３には、５つの凸部２３１が設けられている。しかしながら、各凸ユニット２３に設けられる凸部２３１の数は、このような例に限定されなくてもよく、６つ以上であってもよいし、４つ以下であってもよい。また、各凸ユニット２３に設けられる凸部２３１の数は、複数でなくてもよく、１つであってもよい。
【０１００】
＜５．２＞
上記実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１の各構成要素の形状及び寸法は、実施の形態に応じて適宜変更されてよい。
【０１０１】
例えば、上記実施形態では、シャフト部材３の本体部３０は中実に構成されている。しかしながら、本体部３０の形状は、このような例に限定されなくてもよい。各磁石２５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。そこで、本体部３０は、中空となるように、例えば、円筒状に形成されてもよい。これにより、上記磁気の作用に殆ど影響を与えることなく、シャフト部材３を軽量化することができる。なお、強度の観点から、シャフト部材３の本体部３０を中空に形成した場合、樹脂材料等の非磁性材料をその中空部に充填してもよい。
【０１０２】
また、上記実施形態では、シャフト部材３の突条３３は１条である。しかしながら、突条３３の数は、１条に限られなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、シャフト部材３には、２条以上の突条３３が形成されてもよい。
【０１０３】
また、上記実施形態では、突条３３は、軸方向の一端部から他端部まで連続している。しかしながら、突条３３は、このような形状に限定されなくてもよく、部分的に途切れていてもよい。更に、上記実施形態では、突条３３は、右螺旋に形成されている。しかしながら、突条３３の形態は、このような例に限定されなくてもよい。突条３３は、左螺旋に形成されてもよい。
【０１０４】
また、上記実施形態では、各凸ユニット２３は、内周面２２に一体形成されている。しかしながら、各凸ユニット２３の形態は、このような例に限定されなくてもよい。各凸ユニット２３は、本体部２０の内周面２２と別体に形成されてもよい。この場合、各凸ユニット２３は、本体部２０の内周面２２に適宜取り付けられてよい。例えば、筒状部材２は、各凸ユニット２３を所定の位置に固定するための固定具を備えてもよい。
【０１０５】
また、上記実施形態では、各凸ユニット２３の各凸部２３１の軸方向に沿う断面形状は矩形状である。しかしながら、各凸部２３１の断面形状は、矩形状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。各凸部２３１の軸方向に沿う断面形状は、例えば、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、各凸部２３１の軸方向に沿う断面形状は、上記実施形態のとおり、矩形状であるのが好ましい。
【０１０６】
また、上記実施形態では、各凸ユニット２３の各凸部２３１は、軸方向に沿って見た場合に、円弧状に形成されている。しかしながら、各凸部２３１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。各凸部２３１の軸方向から見た形状は、例えば、台形状等であってもよい。
【０１０７】
また、上記実施形態では、軸方向における凸部２３１の間隔は、軸方向における突条３３の間隔と一致している。しかしながら、凸ユニット２３における凸部２３１の並びは、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決定されてよい。軸方向における凸部２３１の間隔は、軸方向における突条３３の間隔と一致していなくてもよい。
【０１０８】
また、上記実施形態では、各磁石２５は、略９０度の断面円弧状に形成されている。しかしながら、各磁石２５の形状は、このような例に限定されなくてもよい。上記のような磁気回路を構成可能であれば、各磁石２５の形状は、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。
【０１０９】
また、上記実施形態では、筒状部材２の外形は円形状に形成されている。しかしながら、筒状部材２の外形は、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。筒状部材２の内周面２２側と外周面側とで形状が相違していてもよい。更に、筒状部材２の外側には、ハウジング等を適宜設けてもよい。
【０１１０】
＜５．３＞
上記実施形態では、筒状部材２及びシャフト部材３それぞれの材料の一例として磁性材料を挙げた。しかしながら、筒状部材２及びシャフト部材３それぞれの材料は磁性材料に限られなくてもよい。例えば、筒状部材２及びシャフト部材３それぞれの磁気回路の構成に影響の少ない部分には非磁性材料が用いられてよい。
【０１１１】
非磁性材料は、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。
【０１１２】
＜５．４＞
また、上記実施形態では、各磁石２５の内側曲面２５１は、第１の磁極に着磁され、外側曲面２５２は、第１の磁極とは反対の第２の磁極に着磁される。この着磁を行う方法は、特に限定されなくてもよい。各磁石２５の着磁は、実施の形態に応じて適宜行われてもよい。
【０１１３】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、各磁石２５の着磁方向の一例を例示する。図１７Ａは、各磁石２５をラジアル着磁により作製した例を示す。また、図１７Ｂは、各磁石２５をパラレル着磁により作製した例を示す。各磁石２５を着磁する方法は、このラジアル着磁及びパラレル着磁のいずれであってもよい。
【０１１４】
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のは比較的に困難である。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２５を作製するのが好ましい。この場合、それぞれパラレル着磁された複数の磁石を軸周りに連結して、各磁石２５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。
【０１１５】
＜５．５＞
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を回転させるための回転装置として、回転モータ１１１（回転型モータ）が利用されている。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。
【０１１６】
また、上記実施形態では、シャフト部材３に回転モータ１１１が取り付けられている。そして、シャフト部材３が回転可能にかつ並進不能に固定されるのに対して、筒状部材２が回転不能にかつ並進可能に固定されている。しかしながら、筒状部材２及びシャフト部材３の固定形態は、このような例に限定されなくてもよい。筒状部材２及びシャフト部材３のいずれか一方を回転可能にかつ並進不能に固定し、他方を回転不能にかつ並進可能に固定するようにしてよい。これにより、筒状部材２及びシャフト部材３のいずれか一方を回転させることで、他方から並進方向の出力を得ることができる。
【０１１７】
例えば、筒状部材２に回転モータ１１１を取り付けることで、アクチュエータ１００は、筒状部材２が回転するように構成されてもよい。また、回転型モータのように、筒状部材２をハウジング内に収容し、ハウジングと筒状部材２との間にスペーサ及びコイルを配置して、ハウジング内で筒状部材２が回転するように構成されてもよい。
【０１１８】
また、例えば、アクチュエータ１００は、筒状部材２及びシャフト部材３のいずれか一方を軸方向に並進させて、他方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及びシャフト部材３のいずれか一方の並進は、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。
【０１１９】
＜５．６＞
上記実施形態では、各磁石２５の内側曲面２５１が第１の磁極に着磁され、外側曲面２５２が第２の磁極に着磁されている。しかしながら、各磁石２５の着磁方向は、このような例に限定されなくてもよく、第１側面２５５が第１の磁極に着磁され、第２側面２５６が第２の磁極に着磁されてもよい。
【０１２０】
図１８は、本変形例に係る磁気式動力伝達構造体１Ａを軸方向に沿って見た様子を模式的に例示する。本変形例では、各磁石２５Ａは、第１側面２５５が第１の磁極に着磁され、第２側面２５６が第２の磁極に着磁される。つまり、第１側面２５５がＮ極に着磁される場合には、第２側面２５６はＳ極に着磁され、第１側面２５５がＳ極に着磁される場合には、第２側面２５６はＮ極に着磁される。どちらの場合でも、磁気式動力伝達構造体１Ａの動作原理は同じである。そのため、以下では、説明の便宜のため、第１側面２５５がＮ極に着磁され、第２側面２５６がＳ極に着磁されていると想定し、他方の場合の説明を適宜省略する。本変形例では、第１側面２５５が、本発明の「第１面」の一例であり、第２側面２５６が、本発明の「第２面」の一例である。第１側面２５５と第２側面２５６との位置関係は入れ替わってもよい。
【０１２１】
また、本変形例では、筒状部材２Ａの本体部２０Ａは、非磁性材料により形成される。本体部２０Ａの材料には、非磁性材料として、例えば、樹脂材料、非磁性体の金属材料等が用いられてよい。上記のとおり、樹脂材料として、例えば、ＡＢＳ、ＰＬＡ、ナイロン、ポリアセタール、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ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。この本体部２０Ａの内周面に、磁性材料で形成された各凸ユニット２３が適宜取り付けられる。
【０１２２】
これらの点を除き、各磁石２５Ａは、上記実施形態に係る各磁石２５と同様であり、本体部２０Ａは、上記実施形態に係る本体部２０と同様である。また、本変形例に係る筒状部材２Ａは、上記実施形態に係る筒状部材２と同様に構成され、本変形例に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と同様の構成を有する。
【０１２３】
すなわち、本変形例に係る磁気式動力伝達構造体１Ａは、軸方向に沿って延びるシャフト部材３と、軸方向に貫通する中空部２１を有する筒状部材２Ａであって、中空部２１にシャフト部材３が挿入される、筒状部材２Ａと、を備える。シャフト部材３の外周面３２には、軸周りに螺旋状に形成された突条３３が設けられている。一方、筒状部材２Ａの内周面２２には、複数の凸ユニット２３と、複数の溝部２４と、複数の磁石２５Ａと、が設けられている。各凸ユニット２３は、径方向内側に突出する凸部２３１を含み、軸周りに離間して配置される。各溝部２４は、軸周りに隣接する一対の凸ユニット２３の間に配置される。各磁石２５Ａは、各溝部２４に配置され、一対の凸ユニット２３のうちの一方と対面する第１側面２５５、及び第１側面２５５に対向し、一対の凸ユニット２３のうちの他方と対面する第２側面２５６を含む。
【０１２４】
図１８の例では、凸ユニット２３、溝部２４、及び磁石２５Ａはそれぞれ、２つずつ設けられている。ただし、凸ユニット２３、溝部２４、及び磁石２５Ａの数は、２つに限られなくてもよく、３つ以上であってもよい。また、各凸ユニット２３に設けられる凸部２３１の数は、複数であってもよいし、１つであってもよい。各凸ユニット２３に複数の凸部２３１が設けられる場合、各凸部２３１は、軸方向に離間して配置される。
【０１２５】
本変形例に係る磁気式動力伝達構造体１Ａでは、筒状部材２Ａの各凸ユニット２３の凸部２３１がシャフト部材３の突条３３と対面している状態で、次のような磁気回路が形成される。すなわち、図１８に示されるとおり、Ｎ極に着磁されている各磁石２５Ａの第１側面２５５から放出された磁束は、一対の凸ユニット２３のうちの一方に進入して、凸部２３１に到達する。一方の凸ユニット２３の凸部２３１に到達した磁束は、当該一方の凸ユニット２３から放出され、シャフト部材３の突条３３に進入する。突条３３に進入した磁束は、突条３３内又は／及び軸体を経由して、他方の凸ユニット２３と対面する部分まで到達し、この部分から、他方の凸ユニット２３の凸部２３１に向けて放出される。他方の凸ユニット２３の凸部２３１に進入した磁束は、当該他方の凸ユニット２３を経由して、Ｓ極に着磁されている各磁石２５Ａの第２側面２５６に到達する。
【０１２６】
これにより、本変形例では、各磁石２５Ａから放出された磁束が、一方の凸ユニット２３、シャフト部材３、及び他方の凸ユニット２３の順で通過し、再び各磁石２５Ａに戻る磁気回路が形成される。各磁石２５Ａの第１側面２５５がＳ極に着磁され、第２側面２５６がＮ極に着磁されている場合にも、磁束の向きが反対であるものの、上記と同じように磁気回路が形成される。この磁気回路は、上記実施形態と同様に作用する。そのため、本変形例によれば、筒状部材２Ａ及びシャフト部材３により、上記実施形態と同様に動作する磁気ネジ機構が構成される。
【０１２７】
なお、本変形例では、各磁石２５Ａの各側面（２５５、２５６）と各凸ユニット２３との間を磁束が通る。そのため、各側面（２５５、２５６）と各凸ユニット２３との間に隙間が形成されると、この隙間の磁気抵抗により、形成される磁気回路による磁力が弱くなってしまう。そのため、この隙間を比較的に小さくする、あるいは、各溝部２４と各磁石２５Ａとの形状を同じにし、各側面（２５５、２５６）と各凸ユニット２３との間には隙間が形成されないようにするのが好ましい。
【０１２８】
＜５．７＞
上記実施形態では、筒状部材２とシャフト部材３との間には、その他の部材は配置されていない。そのため、各凸ユニット２３の各凸部２３１とシャフト部材３の突条３３とが接触してしまい、いずれか又は両方が破損してしまう可能性がある。これを防止するため、筒状部材２とシャフト部材３との間に、この接触を抑制するための部材を配置してもよい。
【０１２９】
図１９は、本変形例に係る磁気式動力伝達構造体１Ｂを模式的に例示する部分断面図である。本変形例に係る磁気式動力伝達構造体１Ｂは、筒状部材２とシャフト部材３との間に、円筒状の保護部材７が配置される点を除き、上記実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１と同様の構成を有している。この保護部材７の形状は、筒状部材２の凸部２３１とシャフト部材３の突条３３との間に配置可能であれば、特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、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。
【０１３０】
図２０は、その他の変形例に係る磁気式動力伝達構造体１Ｃを模式的に例示する部分断面図である。本変形例に係る磁気式動力伝達構造体１Ｃでは、各凸ユニット２３の軸方向において隣接する凸部２３１の間に設けられる凹部２３２に非磁性材料８１が充填されている。各凸ユニット２３と各磁石２５との間に隙間が設けられる場合、非磁性材料８１は、この隙間にも充填されてよい。また、シャフト部材３の外周面３２の軸方向における突条３３の間に設けられる凹部３５に非磁性材料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１Ｃは、上記実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１と同様の構成を有している。
【０１３１】
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、ＰＬＡ、ナイロン、ポリアセタール、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ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。
【０１３２】
各凹部（２３２、３５）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（２３２、３５）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（２３２、３５）に各非磁性材料（８１、８２）を充填してもよい。また、各凹部（２３２、３５）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（２３２、３５）に嵌め込むことで、各凹部（２３２、３５）に各非磁性材料（８１、８２）を充填してもよい。
【０１３３】
このとき、筒状部材２の内周面２２及びシャフト部材３の外周面３２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の面が各凸部２３１の面と面一になり、非磁性材料８２の面が突条３３の面と面一になるように、各凹部（２３２、３５）に各非磁性材料（８１、８２）を充填するのが好ましい。各凸ユニット２３と各磁石２５との間に隙間が設けられる場合、非磁性材料８１は、筒状部材２の内周面２２が面一になるように、この隙間にも充填されるのが好ましい。これにより、筒状部材２及びシャフト部材３において、各凸部２３１及び突条３３による凹凸を十分に抑えることができる。そのため、各凸部２３１と突条３３とが接触することによる、各凸部２３１及び突条３３の少なくとも一方の破損を防止することができる。
【０１３４】
また、各凸部２３１及び突条３３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、各凸部２３１及び突条３３による凹凸を無くすことができるため、各凸部２３１及び突条３３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。
【０１３５】
なお、非磁性材料を用いる形態は、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）において隣接する凸ユニット２３と磁石２５との間に隙間が存在する場合、非磁性材料８１をこの隙間に充填してもよい。更に、各磁石２５の面と各凸部２３１の面とが面一になるように、筒状部材２の内周面２２に非磁性材料８１を充填してもよい。
【０１３６】
図２１は、その他の変形例に係る磁気式動力伝達構造体１Ｄの構成を模式的に例示する部分断面図である。本変形例に係る磁気式動力伝達構造体１Ｄは、第１被覆部材８５及び第２被覆部材８６を更に備える点を除き、上記実施形態に係る磁気式動力伝達構造体１と同様の構成を有している。
【０１３７】
第１被覆部材８５及び第２被覆部材８６はそれぞれ円筒状に形成されている。第１被覆部材８５の外径は、筒状部材２の各凸部２３１を含む部分の内径とほぼ同じである。これにより、第１被覆部材８５は、筒状部材２の内周面２２よりも径方向内側に配置され、シャフト部材３に対して各凸ユニット２３を被覆する。一方、第２被覆部材８６の内径は、シャフト部材３の突条３３を含む部分の外径とほぼ同じであり、第２被覆部材８６の外径は、第１被覆部材８５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８６は、シャフト部材３の外周面３２よりも径方向外側に配置され、筒状部材２に対して突条３３を被覆する。
【０１３８】
各被覆部材（８５、８６）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（８５、８６）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（８５、８６）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。
【０１３９】
なお、被覆部材を用いる形態は、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変更されてよい。例えば、被覆部材（８５、８６）のうちいずれか一方は省略されてもよい。被覆部材（８５、８６）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。
【０１４０】
図２０及び図２１により例示される各変形例によれば、各凸部２３１及び突条３３が破損する可能性を低減することができる。更に、各変形例によれば、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（８５、８６）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（２３２、３５）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。
【０１４１】
また、筒状部材２及びシャフト部材３において、各凸部２３１及び突条３３による凹凸を低減することにより、筒状部材２の内周面２２及びシャフト部材３の外周面３２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（１Ｃ、１Ｄ）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。
【０１４２】
更に、筒状部材２及びシャフト部材３において、各凸部２３１及び突条３３による凹凸を低減することにより、筒状部材２の内周面２２及びシャフト部材３の外周面３２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。
【０１４３】
なお、各非磁性材料（８１、８２）及び各被覆部材（８５、８６）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１Ｃにおいて、各凸部２３１及び突条３３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、各凸部２３１及び突条３３にさびが発生するのを抑制することができる。
【０１４４】
＜５．８＞
上記実施形態では、円弧状に湾曲した磁性材料を、各凹部２３２を形成するように切削することで、各凸部２３１を有する各凸ユニット２３を作製することができる。このとき、各凹部２３２の形状は、特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もよい。
【０１４５】
図２２Ａ及び図２２Ｂは、各凹部２３２の形状の一例を模式的に例示する。図２２Ａで例示される凸ユニット２３Ｅ及び図２２Ｂで例示される凸ユニット２３Ｆは、各凹部２３２の形状が相違している点を除き、上記実施形態に係る凸ユニット２３と同様の構成を有している。
【０１４６】
図２２Ａの例では、凸ユニット２３Ｅの各凹部２３２は、底面が平らになるように形成されている。このような凸ユニット２３Ｅの各凹部２３２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、図２２Ｂの例では、凸ユニット２３Ｆの各凹部２３２は、凸ユニット２３Ｆの湾曲に応じて底面が湾曲するように形成されている。このような凸ユニット２３Ｆの各凹部２３２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、各凹部２３２の形状は、図２２Ａで例示されるように平らに形成されるのが好ましい。
【０１４７】
＜５．９＞
上記実施形態では、各磁石２５の内側曲面２５１は滑らかに形成されている。しかしながら、各磁石２５の内側曲面２５１の形状は、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。各磁石２５の内側曲面２５１には、各凸ユニット２３と同様に、径方向内側に突出する凸部が設けられてもよい。
【０１４８】
図２３は、本変形例に係る磁石２５Ｇを模式的に例示する。磁石２５Ｇは、内側曲面２５１が、径方向内側に突出する凸部２５８を含む点を除き、上記実施形態に係る各磁石２５と同様の構成を有する。磁石２５Ｇは、上記各磁石２５の代わりとして利用することができる。
【０１４９】
本変形例では、内側曲面２５１には、複数の凸部２５８が設けられている。これに応じて、内側曲面２５１には、更に、軸方向における隣接する凸部２５８の間に配置される凹部２５９が設けられている。上記変形例と同様に、この凹部２５９には、非磁性材料が充填されてもよい。なお、凸部２５８の数は、特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、凸部２５８の数は、複数でなくてもよく、１つであってもよい。
【０１５０】
各凸部２５８は、軸方向に離間して配置されている。各凸部２５８は、シャフト部材３の突条３３の軸方向の並びに対応するように配置されてよい。つまり、軸方向における凸部２５８の間隔は、軸方向における突条３３の間隔と一致していてもよい。ただし、軸方向における凸部２５８の間隔は、このような例に限定されなくてもよく、軸方向における突条３３の間隔と一致していなくてもよい。
【０１５１】
各凸部２５８及び各凹部２５９の形状及び寸法は、凸ユニット２３の各凸部２３１及び各凹部２３２と同様に設定されてよい。各凸部２５８は、シャフト部材３の突条３３に対応するように、軸周りに螺旋状に形成されてもよいし、あるいは、軸周りに沿って延びるように形成されてもよい。本変形例によれば、磁石２５Ｇの内側曲面２５１に凸部２５８を設けることで、磁石２５Ｇとシャフト部材３の突条３３との間で磁気回路を形成しやすくし、より高出力の磁気ネジ機構を構成することができる。
【符号の説明】
【０１５２】
１…磁気式動力伝達構造体、
２…筒状部材、２０…本体部、
２１…中空部、２２…内周面、
２３…凸ユニット、２３１…凸部、２３２…凹部、
２４…溝部、
２５…磁石、２５１…内側曲面、２５２…外側曲面、
２５５…第１側面、２５６…第２側面、
３…シャフト部材、
３１…軸、３２…外周面、
３３…突条、３５…凹部、
１００…アクチュエータ、
１０１…ベースプレート、
１０２・１０３・１０４…固定部材、
１０５…軸受け、１０６…カップリング、
１０７…リニアガイド、
１１１…回転モータ、
１１２…出力用シャフト、１１３…ロッドエンド、
１１６…位置センサ、１１７…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】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2020085162.tif 000020
【図１６】
2020085162.tif 000021
【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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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２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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