JP2005341771A - 振動型リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 連結体が固有振動数の設定機能を兼ね備えながら、可動子を固定子に対して非接触状態に保つコンパクトな振動型リニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】 可動子２の往復動方向のみ変位可能な連結体３を、固定子１および可動子２に連結して、可動子２を固定子１に対して非接触状態に保持して往復動させる振動型リニアアクチュエータにおいて、前記連結体３は、一方の連結部分は往復動方向と垂直な軸に対して自由に回転するようにしてあり、もう一方の連結部分は、往復動方向と垂直な軸に対して回転しないように、固定子１または可動子２に連結している。

【選択図】図１

Description

本願発明は、往復式電気かみそり等の駆動部分に利用する振動型リニアアクチュエータに関するものである。

一般に、この種の振動型リニアアクチュエータは、図９に示すが如く、電気かみそりに適用されたものであるが、固定子１に対して可動子２を往復動させて、可動子２の出力軸１０に取り付けられたかみそり刃１３を往復運動するようにしたものであり、可動子２と固定子１を運動方向にのみ変位可能で運動方向以外には変位不能の連結体３で可動子２を固定部に堅持して可動子２を固定子１に対して非接触状態に保持している。（特許文献１）
しかしながら、可動子２の固有振動数を一定にするためばね性を有する固有振動数設定部材１２が必要となるが、固有振動数設定部材１２を連結体３とは別に設けることは部品点数を増やし、かつ、固有振動数設定部材１２を配置するためのスペースが連結体３とは別途必要となりアクチュエータ本体が大きくなってしまうため望ましくなが、固有振動数設定部材１２の機能を連結体３に兼ね備えるために連結体３の変位に対する反発力が高くなるよう設計すると連結体３に発生する最大応力が高くなり、それを緩和するための連結体３のバネ長さが長くなってしまうという問題があった。
特開平７−２６５５５９号公報

本願発明は、連結体が固有振動数の設定機能を兼ね備えながら、可動子を固定子に対して非接触状態に保つコンパクトな振動型リニアアクチュエータを提供することである。

上記課題を解決するために、可動子の往復動方向のみ変位可能な連結体を、固定子および可動子に連結して、可動子を固定子に対して非接触状態に保持して往復動させる振動型リニアアクチュエータにおいて、前記連結体は、一方の連結部分は往復動方向と垂直な軸に対して自由に回転するようにしてあり、もう一方の連結部分は、往復動方向と垂直な軸に対して回転しないように、固定子または可動子に連結している。

したがって、本願発明の振動型リニアアクチュエータにおいては、連結体のみで可動子が固定子に対して非接触状態を保ち、かつ固有振動数設定部材の機能を兼ね備えるため、連結体をある変位に対する反発力が高くなるよう設計しても、連結体の連結個所の両方の端部を運動方向と垂直な軸において自由に回転できないように連結したものに比べ、連結体の端部でのモーメントを低く抑えられ、そのため連結体に発生する最大応力が低くなり、連結体のばね長さを短くすることができ、結果としてアクチュエータ本体をコンパクトにすることができる。

図１乃至図４には本願発明の振動型リニアアクチュエータの一実施形態を示している。図１は振動型リニアアクチュエータの分解斜視図であり、図２は斜視図であり、図３はシャーシ４をはずした状態での正面図であり、図４は側面図を示している。

本願発明の振動型リニアアクチュエータは、可動子２の往復動方向のみ変位可能な連結体３を、固定子１および可動子２に連結して、可動子２を固定子１に対して非接触状態に保持して往復動させる振動型リニアアクチュエータにおいて、前記連結体３は、一方の連結部分は往復動方向と垂直な軸に対して自由に回転するようにしてあり、もう一方の連結部分は、往復動方向と垂直な軸に対して回転しないように、固定子１または可動子２に連結している。

可動子２は永久磁石５とヨーク６（バックヨーク）とこれらを一体化する骨組み部材７とで構成してある。ヨーク６は磁性材料であって永久磁石５が接着してある。固定子１は磁性材料の焼結体や磁性材料の鉄板を積層したものに巻線８を施した電磁石により構成してある。電磁石により構成した固定子１は可動子２に設けた永久磁石５とギャップを隔てて面対向している。連結体３は、可動子２の往復動方向にのみ変位可能なばね材（板ばね）により構成してあり、上記ギャップを確保するとともに、各可動子２の固有振動数を一定にするための固有振動数設定ばねとなっている。また、連結体３により可動子２とシャーシ４とも連結している。

固定子１を構成する電磁石は、ねじ具等によりシャーシ４に固定してある。ここで、固定子１である電磁石の電流方向を交番にすることで、可動子２に取付けた永久磁石５が往復方向に移動するようになっている。

可動子２は複数個設けてあり、同形状の可動子２を２個逆方向に並べて設けてある。各可動子２には駆動子１０が設けてあり、振動型リニアアクチュエータを往復式電気かみそりの駆動源とする場合には、各駆動子１０にそれぞれかみそり刃を取付ける。可動子２を複数にして振動方向を互いに反対方向、逆位相にすると振動方向の振動を低減することができる。本実施形態においては、可動子２の永久磁石５の極性を異ならせてあり、この結果、各可動子２の往復方向が逆になり振動を低減できるようになっている。

可動子２は永久磁石５と電磁石との吸引、反発力により移動するが、その移動方向は連結体３により往復運動方向にのみ移動可能となっている。固定子１を構成する電磁石の巻線８は実施例においては１本であり、往復運動の右方向運動と左方向運動では巻線８に与える電流の向きを反転させる。つまり、移動方向に推進力が働く方向に電流を流す。このようにして可動子２を往復動させる。ここで、本願発明においては、一方の可動子２の負荷が大きく振幅が急激に減少しようとした時に、補助連結体１１によりもう一方の可動子２を介してこの減少を抑えようとする力が働き、このことにより片方のみの振幅減少を防ぎ、常にバランスの取れた均一な振幅量を発生させるようになっている。

ここで、図１乃至図４に示す実施形態においては、連結体３の上端部を可動子２に接着、ねじ具等により固着すると共に連結体３の下端部を往復動方向と垂直な方向に円筒の穴をあけ、回転用ピン９を貫通させる。その回転用ピン９を固定部であるシャーシ４に接着、ねじ具等で回転用ピン９の軸の回転方向以外は変位しないよう固着し、連結体３により可動子２とシャーシ４を連結している。このように連結体３の片方の端部を往復動方向と垂直な方向に回転するように連結することにより、連結体３の両端を固着した場合と比較して連結体３の板ばねの長さを短くすることができる。

バネ材料のヤング率Ｅ、バネの幅ｂ、バネの高さｈ、バネの変位ｙ、ばねの長さＬ、ばねのバネ定数K、ばねの最大応力σ とすると（各変数の添え字はばねの片方の端部を回転自由にする場合を１、ばねの両方の端部を固着する場合を２とする）
K1= E1*b1*h1^3/4*L1^3 -- （１）
σ1=3*E1*h1*y1/2*L1^2 -- （２）
K2= E2*b2*h2^3/L2^3 -- （３）
σ2=3*E2*h2*y2/L2^2 -- （４）
の式が成り立つ。材質が等しく(E1=E2)板厚も等しい(h1=h2)材料を用いて、等しいバネ定数(K1=K2)をもち、変位が等しい(y1=y2)とき最大応力も等しくなる(σ1=σ2)板バネを設計した場合、（１）〜（４）の式より、b1=4/2^(3/2)*b2 とすれば、L1=1/√2*L2 となり、ばねの片方の端部を回転自由とする場合のばねの長さL1はばねの両端を固着する場合の長さL2に比べて（1-1/√2）*L2の長さだけ短くなる。これにより振動型リニアアクチュエータをコンパクトに設計することができる。

また、実施例では可動子２と連結体３との連結個所を固着しているので、可動子２を並列に２つ配置した場合、それに連結されている２つの連結体３の回転軸の中心を往復動運動中も常に一致させることが可能となり、回転用ピン９を2つの連結体３が共用することができ部品点数の削減が行える。また、実施例の可動子２と連結体３を同一の材料でつくるよう設計をすれば、可動子２と連結体３は一体成型が可能となり連結体３を別途つくる必要がなく工程数の削減、部品点数の削減が行える。

また、実施例においては可動子２の下面と連結体３を連結している。これにより、可動子２の上部には連結体の配置することができない実施例のような場合において、可動子２を下方向に延長することなく連結体２と連結できるので可動子２をコンパクトにすることができ、これにより振動型リニアアクチュエータをコンパクトに設計することができる。
また、実施例においては補助連結体１１が２つの可動子２に連結するよう構成しているので、可動子２と補助連結体１１を同一の材料でつくるよう設計をすれば、可動子２と連結体３は一体成型が可能となり連結体３を別途つくる必要がなく工程数の削減、部品点数の削減が行える。

図５は、本願発明の他の実施形態である振動型リニアアクチュエータを示している。この実施形態の振動型リニアアクチュエータは、基本的構成は図１乃至図４に示した実施形態と同様であるので、異なる構成についてのみ説明する。すなわち、この実施形態では、シャーシ４と連結体３の間が運動方向と垂直な軸において自由に回転できるよう連結体３の先端が球状をしておりシャーシ４で球の回転のみを許すように連結してある点が異なっている。これにより連結体は自由な方向へ変形することが可能となり、可動子の運動の軌跡を二次元に拡張することができる。

図６は、本願発明の他の実施形態である振動型リニアアクチュエータを示している。この実施形態の振動型リニアアクチュエータは、基本的構成は図１乃至図４に示す実施形態と同様であるので、異なる構成についてのみ説明する。すなわち、この実施形態では、可動子２と連結体３の間が運動方向と垂直な軸において自由に回転できるよう可動子と連結体が３回転用ピン９により連結されている点が異なっている。これにより可動子と連結体の連結個所ではモーメントが発生しないので、モーメントによる可動子２の変形を考慮する必要がなくなり可動子２の連結個所を薄肉化でき、また連結個所を可動子２の上部にもってきて振動型リニアアクチュエータ全体をコンパクトにすることができる。

図７は、本願発明の他の実施形態である振動型リニアアクチュエータを示している。この実施形態の振動型リニアアクチュエータは、基本的構成は図１乃至図４に示す実施形態と同様であるので、異なる構成についてのみ説明する。すなわち、この実施形態では、可動子２と連結体３と可動子２の上面で連結されている点が異なっている。このような構成とすることで、連結体２にかかる力が引っ張り方向の力となるので連結体２が座屈する心配がなくなり、座屈回避の為の連結体２の形状の制約がなくなり連結体２を可能な限りコンパクトにすることができる。

図８は、本願発明の他の実施形態である振動型リニアアクチュエータを示している。この実施形態の振動型リニアアクチュエータは、基本的構成は図１乃至図４に示す実施形態と同様であるので、異なる構成についてのみ説明する。すなわち、この実施形態では、可動子２と連結体３と可動子２の側面で連結されている。このような構成とすることで、可動子が駆動時に上下方向に移動することを防ぐとができる。

また、２つの可動子を逆位相で振動させる場合においては、２つの可動子を補助連結体１１で接続することにより、一方の可動子に大きな負荷かかったとき、振幅が減少しようとするのを抑え、常にバランスのとれた均一な振幅を得ることができる
さらに、上記バランス機能に加え、補助連結体をばね材とすることにより、補助連結体が固有振動数設定部材の役目を果たし、可動子と固定子を結ぶ連結体のばね定数を低く設定することができ、全体をコンパクトにもできる。

本願発明の一実施形態である振動型リニアアクチュエータを示す分解斜視図である。 同実施形態の振動型リニアアクチュエータを示す斜視図である。 同実施形態の振動型リニアアクチュエータを示す正面図である。 同実施形態の振動型リニアアクチュエータを示す側面図である。 本願発明の他の実施形態である振動型リニアアクチュエータの斜視図である。 本願発明の他の実施形態である振動型リニアアクチュエータの斜視図である。 本願発明の他の実施形態である振動型リニアアクチュエータの斜視図である。 本願発明の他の実施形態である振動型リニアアクチュエータの斜視図である。 従来例の振動型リニアアクチュエータを示す斜視図である。

符号の説明

１ 固定子
２ 可動子
３ 連結体
４ シャーシ
５ 永久磁石
６ ヨーク
７ 骨組み部材
８ 巻線
９ 回転用ピン
１０ 駆動子
１１ 補助連結体

Claims (6)

1. 可動子の往復動方向のみ変位可能な連結体を、固定子および可動子に連結して、可動子を固定子に対して非接触状態に保持して往復動させる振動型リニアアクチュエータにおいて、前記連結体は、一方の連結部分は往復動方向と垂直な軸に対して自由に回転するようにしてあり、もう一方の連結部分は、往復動方向と垂直な軸に対して回転しないように、固定子または可動子に連結していることを特徴とする振動型リニアアクチュエータ。
2. 前記可動子は、並列に複数配置されているとともに、往復動方向と垂直な軸に対して自由に回転するように連結された連結部分は、固定子と連結体の間の連結であることを特徴とする請求項１記載の振動型リニアアクチュエータ。
3. 可動子と連結体を一体としたことを特徴とする請求項２記載の振動型リニアアクチュエータ。
4. 可動子と連結体の連結部分を可動子の上面に配置するようになしたことを特徴とする請求項１記載の振動型リニアアクチュエータ。
5. 可動子と連結体の連結部分を可動子の側面に配置するようになしたことを特徴とする請求項１記載の振動型リニアアクチュエータ。
6. 前記複数の可動子は逆位相で振動させるとともに、逆位相で振動している可動子を連結するバネ機能を有する補助連結体を設けたことを特徴とする請求項２記載の振動型リニアアクチュエータ。
   

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