JP2015211552A - アクチュエータ及びエアポンプ、理美容機器及びレーザー走査機器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で組み立てやすく、低コスト化、薄型化による小型化を図りつつ、高出力を実現すること。【解決手段】単極着磁された単極マグネット１２２を含む可動体１２０と、磁性体であるコア部１１２及びこのコア部１１２を励磁するコイル部１１４を有する電磁石を複数備え、これら電磁石の磁極が、単極マグネット１２２の着磁方向と直交する位置に３極以上配置されている固定体１１０と、可動体１２０と固定体１１０間に架設され、且つ、コイル部１１４に電流が供給された際に弾性変形して、可動体１２０を単極マグネット１２２の着磁方向及び２自由度方向に移動可能に支持する弾性体１３０とを有する。弾性体１３０は、可動体１２０の可動中心を、可動体１２０の発生磁気トルクの略中心に一致するように可動体１２０に取り付けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、所定角度傾けつつ所定の回転軸周りを旋回するすりこぎ運動可能なアクチュエータ及びこれを備えるエアポンプ、理美容機器及びレーザー走査機器に関する。

従来、血圧計等に用いられるエアポンプとして、例えば、特許文献１に示す小型ポンプが知られている。

この小型ポンプでは、ケース内にポンプ室を形成する複数のダイヤフラムが設けられている。ポンプ室の中央部には円筒状の排気弁体が形成されている。また、ポンプ室には、吸気弁が設けられている。複数のダイヤフラムは揺動体に接続され、揺動体が偏心回転軸により揺動することによって、上下動する。偏心回転軸は、その下方に配置されたＤＣモータの回転軸に固定された円盤部に、偏心した状態で固定されている。

小型ポンプでは、ＤＣモータを回転駆動させることによって、偏心回転軸が偏心した状態で回転し、揺動体を揺動させて複数のダイヤフラムを交互に上下動させることで、吸気弁から給気して排気弁から排気している。すなわち、この小型ポンプでは、通常の軸回り回転を行うＤＣモータの回転を、偏心回転軸及び揺動体を用いて、すりこぎ運動に変換して、ダイヤフラムを上下動させている。

すりこぎ運動を行う駆動部分の構成としては、例えば、特許文献２に示す２軸型のアクチュエータ、或いは、特許文献３の揺動駆動装置が知られている。

特許文献２は、ホログラフィー装置で用いられるアクチュエータであり、反射ミラーを所望の傾斜角度に設定することにより光記録媒体に対する参照光の入射角度の調整を行う。具体的には、アクチュエータは、制御対象を支持する可動軸と、互いに直交する第１の仮想軸及び第２の仮想軸に対して垂直となる第３の軸（Ｚ軸）を基準軸としたときに可動軸をこの基準軸に対し揺動自在に支持する支持機構を有する。磁石とコイルとからなる磁気回路を用いて、可動軸を基準軸と一致する姿勢から傾く姿勢に傾倒させる。

また、特許文献３には、宇宙空間で用いられるアンテナを揺動する揺動駆動装置が開示されている。特許文献３は、アンテナと、アンテナを背面側で支持する台座との間に、アンテナを背面側の中心点で支持し、且つ、アンテナを直交する２軸の回りに揺動可能な状態で架台に取り付ける弾性支持機構を有する。この弾性支持機構は、弾性材料からなり、一端をアンテナの背面中心に他端を台座の中心に固定した弾性軸と、相互に約９０度の角度を成し一端をアンテナの背面中心に他端を台座上の４点に固定した板バネとから構成される。弾性支持機構で支持したアンテナに力を加えるアクチュエータによって、アンテナは揺動する。

特許第４６１７５５４号公報 特許第４７５７５７３号公報 特許第３０３８７０７号公報

血圧計に用いられる小型ポンプにおいては、一層の小型化が望まれているものの、特許文献１では、通常の軸回り回転を行うＤＣモータの回転をすりこぎ運動に変換する偏心回転軸及び揺動体という変換機構が必要である。これにより、構造が複雑となり製品自体が大型化するという問題が生じる。

また、特許文献１に示すような小型ポンプの分野において、駆動源としてすりこぎ運動を直接駆動できるアクチュエータは存在しないため、例えば、特許文献２或いは特許文献３の構造を小型ポンプ適用することが考えられる。
しかしながら、特許文献２の２軸型アクチュエータ駆動方式はＶＣＭ方式であるため、制御性は高いもの、血圧測定に必要な高出力を確保できない。また、特許文献３では、可動対象であるアンテナの背面側に、バネを有するため、バネを配置する領域を確保する必要があり、小型化、薄型化が困難であるという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で組み立てやすく、低コスト化、薄型化による小型化を図りつつ、高出力を実現できるアクチュエータ、エアポンプ、理美容機器及びレーザー走査機器を提供することを目的とする。

本発明のアクチュエータの一つの態様は、単極着磁された単極マグネットを含む可動体と、磁性体であるコア及びこのコアを励磁するコイルを有する電磁石を複数備え、これら電磁石の磁極が、前記単極マグネットの着磁方向と直交する位置に３極以上配置されている固定体と、前記可動体と前記固定体間に架設され、且つ、前記コイルに電流が供給された際に弾性変形して、前記可動体を前記単極マグネットの着磁方向及び２自由度方向に移動可能に支持する弾性体と、を有し、前記弾性体は、前記可動体の可動中心を、前記可動体の発生磁気トルクの略中心に一致するように前記可動体に取り付けられている構成を採る。

本発明のエアポンプの一つの態様は、上記構成のアクチュエータを備える構成を採る。また、本発明の理美容機器は、上記構成のアクチュエータを備える構成を採る。さらに、本発明のレーザー走査機器は、上記構成のアクチュエータを備える構成を採る。

本発明によれば、簡易な構成で組み立てやすく、低コスト化、薄型化による小型化を図りつつ、高出力を実現できる。

本発明の実施の形態１に係るアクチュエータを示す斜視図 同アクチュエータの要部分解斜視図 同アクチュエータにおける要部構成を示す概略断面図 同アクチュエータの動作を説明するための要部を模式的に示す断面図 同アクチュエータの動作を説明するための要部を模式的に示す断面図 同アクチュエータにおいて交流供給部からコイルに供給される交流の周期を示す図 同アクチュエータを適応したエアポンプの概略構成を示す要部断面図 本発明の実施の形態２に係るアクチュエータを示す斜視図 同アクチュエータの要部分解斜視図 同アクチュエータにおける要部構成を示す概略断面図 同アクチュエータの動作を説明するための断面図 本発明の実施の形態３に係るアクチュエータを示す斜視図 同アクチュエータの要部分解斜視図 本発明の実施の形態４に係るアクチュエータを示す斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るアクチュエータを示す斜視図であり、図２は、同アクチュエータの要部分解斜視図である。また、図３は、同アクチュエータにおける要部構成を示す概略断面図である。

図１及び図２に示すアクチュエータ１００は、固定体１１０と、可動体１２０と、弾性変形することにより固定体１１０に可動体１２０を可動自在に支持する弾性体（弾性支持部）１３０と、交流供給部１４０（図２参照）と、を有する。

図１及び図２に示すアクチュエータ１００では、可動体１２０は、固定体１１０に対して、水平方向への移動を規制した状態で上下方向（着磁方向）を含む多自由度方向に移動自在に取り付けられている。可動体１２０は、交流供給部１４０からの電力供給によって、回転軸部材、或いは、回転中心となる部材を用いることなく、所定の角度範囲内で正逆方向に回転往復振動、具体的には、ねじり方向で回転し基準位置に戻ろうとする運動を繰り返す。これを用いて、可動体１２０は、所謂、すりこぎ（２自由度方向）運動を行うことができる。

図２及び図３に示すように固定体１１０は、固定基部１１１と、コア部１１２と、コアカバー１１３と、コイル部１１４と、を有する。なお、コア部１１２、コアカバー１１３及びコイル部１１４は、コイル部１１４の数に対応する電磁石を備える電磁石ユニットを構成する。

固定基部１１１は、固定体１１０の基台であり、ここでは、有底筒状をなし、底面部の中央部に開口部１１１ａが形成されている。固定基部１１１において開口部１１１ａを囲むように電磁石ユニットが配置されている。この開口部１１１ａ内には、可動体１２０が配置される。

コア部１１２は、磁性体により構成され、磁極を形成する複数の磁極コア１１２１を有する。磁極コア１１２１は、それぞれ棒状に形成されており、その一端部に磁極面１１６を備える。磁極面１１６は、可動体１２０の単極マグネット１２２に対して、単極マグネット１２２の着磁方向と交差する方向（ここでは直交する方向）で対向する。

磁極コア１１２１は、それぞれ絶縁性を有するコアカバー１１３により被覆されている。磁極コア１１２１の外周には、それぞれ絶縁性を有するコアカバー１１３を介して、コイル部１１４が巻回されている。コイル部１１４に電流が供給されると励磁され、磁極面１１６が形成される。

磁極コア１１２１は、アクチュエータ１００を平面視して、固定基部１１１の中央に配置される可動体１２０の外周面に対して、四方から磁極面１１６が対向するように、固定基部１１１に固定されている。これにより、磁極面１１６は、可動体１２０を囲むように均等の距離を開けて配置されている。

磁極面１１６は、可動体１２０の外周（ここでは、単極マグネット１２２の外周の中央部分）に対向し、且つ、可動体１２０の外周に沿う円弧状に構成されている。ここでは、磁極面１１６は、磁極コア１１２１の一端部から左右に、可動体１２０の周方向に沿って延びる円弧状の部位によって構成される。

可動体１２０は、単極マグネット１２２と、磁性体１２３、１２４とを有する。

単極マグネット１２２は、円盤状（例えば、コイン型）をなし、上下方向の面をそれぞれ着磁面としている。単極マグネット１２２は、ここでは、固定体１１０に対して、上面側、つまり表面側がＮ極で着磁され、下面側、つまり、裏面側をＳ極で着磁されている。これら単極マグネット１２２の磁極面のそれぞれに、円盤状の磁性体１２３、１２４が接着されている。

単極マグネット１２２は、例えば、ネオジムマグネット、ネオジウムボンドマグネット等のネオジウム系マグネット或いは、フィライトマグネット、フィライトボンドマグネット等のフィライト系マグネットを適用することが望ましい。単極マグネット１２２に、永久磁石として最も強力とされているネオジウムマグネットを適用すれば、体積当たりの磁力が強いため、他の材料と比べて比較的小さい寸法でもエネルギー変換効率を高めて、アクチュエータ１００自体の小型高出力化を可能にできる。また、単極マグネット１２２として、フィライトマグネットを適用すれば、ネオジウムマグネットと比較して、磁気回路を安価に構成できる。加えて、単極マグネット１２２がフィライトマグネットであれば、熱減磁温度が高い（ネオジウムマグネットの熱減磁温度、約１３０［℃］に対して、約２００［℃］）ため、アクチュエータ１００自体を車載用の製品に用いることが可能となる。

可動体１２０は、単極マグネット１２２の着磁方向に、固定体１１０の固定基部１１１の開口部を位置させて、配置されている。可動体１２０は、平面視して、可動体１２０の中心、つまり仮想中心線ＶＬを、固定体１１０の中心と一致させた状態で、弾性体１３０により支持されている。

コイル部１１４は、単極マグネットの着磁方向と交差する方向、ここでは直交する方向に延在するコア部１１２の外周に巻き付けられて構成される。コイル部１１４は、磁極面１１６を有するコア部１１２とで電磁石を構成し、アクチュエータ１００の駆動に用いられる。コイル部１１４の軸心は、それぞれ巻回される磁極コア１１２１の軸心と同一であることが望ましい。コイル部１１４のコイル巻線は、図示しない基板（切り替えスイッチ等を備える基板）に接続されており、基板を介して外部端子に接続される。コイル部１１４には、外部端子を介して交流供給部１４０から交流電源（交流電圧）が供給される。

コイル部１１４の極性は、コイル部１１４が巻回する磁極コア１１２１の磁極面１１６の極性に相当する。この磁極面の極性は、供給電流の向きによって適宜変更する。具体的には、コイル部１１４に対して、交流供給部１４０から可動体１２０の共振周波数に略等しい周波数の交流を供給する際の向きを変更することで、適宜変更される。このように所望のコイル部１１４を適宜励磁し、これを繰り返すことによって、可動体１２０を可動するトルク（磁気発生トルク）が発生し、可動体１２０は可動する。ここでは、対向配置されるコイル部１１４（詳細にはコイル部１１４に対応する磁極面１１６）がそれぞれ異なる極性となるように励磁（一方がＮ極、他方がＳ極）し、弾性体１３０を介して着磁マグネット１２２を捻る方向にトルク（磁気発生トルク）が発生する（図４参照）。捻れ方向に変位した可動体１２０に対して、先に励磁したコイル部１１４組とは別のコイル部１１４の組を励磁し、これを順次繰り返す。

なお、電磁石ユニットの磁極の数であるが、３極以上であれば、何極あってもよい。本実施の形態では、これら磁極が交互に異なる磁極となるようコイル部１１４を励磁して、発生するトルクによって可動体１２０をすりこぎ運動させることができる。なお、４つ以上の偶数個であれば、奇数個の極数である場合よりも制御しやすい。すなわち、対向するコイル部１１４同士を互い異なる磁極で励磁し、可動体１２０が捻れ方向に可動したタイミングで、先に励磁した一対のコイル部１１４と隣り合うコイル部を、励磁し、これを交互に繰り返し行うことによって容易にすり個運動させることができる。

弾性体１３０は、固定体１１０と可動体１２０との間で、固定端を固定体１１０に固定して、遊端を可動体１２０に固定する。弾性体１３０は、可動体１２０の可動中心を、可動体１２０の発生磁気トルクの略中心に一致するように可動体１２０に取り付けられている。

弾性体１３０は、例えば、ステンレス、りん青銅等の非磁性材料を用いることにより構成されている。これによりアクチュエータ１００において、不要な漏れ磁束が低減でき、アクチュエータ１００自体の組立性の向上を図ることができる。

ここでは弾性体１３０は、板バネで構成されており、これにより、アクチュエータ１００自体のコストの低廉化が図られている。また、弾性体１３０として樹脂バネを用いても良い。

弾性体１３０は、一端が固定端の葛折り状部を有する板状弾性アーム部１３２と、板状弾性アーム部１３２の他端部に接続され、可動体１２０の周囲に外嵌されるリング部１３４とを有する。

板状弾性アーム部１３２では、葛折り状部１３２１によって、固定基部１１１に固定された固定端から、可動体１２０に固定される遊端までの長さが、直線形状よりも、長くなるようにして弾性変形するための十分な長さを確保した形状となっている。

リング部１３４は、可動体１２０の外周に外嵌されるホルダ１５０に一体的に固定されている。ホルダ１５０は、着磁マグネット１２２の外周に配置された状態で、磁性体１２４上に固定されている。ホルダ１５０は、その厚みにより弾性体１３０による着磁マグネット１２２に対する支持位置、つまり、固定体１１０及び可動体１２０間の架設位置を設定する。この構成により、固定体１１０及び可動体１２０間における板状弾性アーム部１３２は、可動体１２０の発生磁気トルクの略中心を通る水平面上に位置するように、固定体１１０と可動体１２０のそれぞれに固定されている。加えて、板状弾性アーム部１３２の架設位置は、平面視して可動体１２０の略中心に対して、それぞれ対称となる位置となっている。本実施の形態では、可動体１２０は、四方に配置された４つの板状弾性アーム部１３２を介して、可動自在に支持されている。弾性体１３０は、可動体１２０に接続される位置（固定端）の全てを起点にして付勢方向の延長線上に可動体１２０の発生磁気トルクの略中心が位置するように、可動体１２０を可動可能に支持されている。

これにより、可動体１２０は、弾性体１３０を介して、固定体１１０に、可動体１２０の発生磁気トルクの略中心を、コア部１１２の磁極面１１６同士間における水平方向での略中心に一致させた状態で保持されている。可動体１２０は、回転軸に相当する部材、その軸受け等を用いることなく、固定体１１０に対して、水平方向への移動を規制した状態で上下方向（着磁方向）を含む多自由度方向に、移動可能に、取り付けられている。

弾性体１３０は、単極マグネット１２２の可動方向に対して一定のばね定数を得ることができ、可動体１２０に対してトルクが作用する。これにより、例えば、可動体１２０は、２自由度方向、ここでは、ねじり方向に可動する（図４参照）。この弾性体１３０のばね定数を調整することにより、アクチュエータ１００における共振周波数が調整できる。

すなわち、上記構成のアクチュエータ１００では、可動体１２０の共振周波数に略等しい周波数の交流をコイル部１１４に入力して、互いに対向して配置されたコイル部１１４に対応する磁極面１１６が、それぞれ異なる極性となるように励磁（一方がＮ極、他方がＳ極）されると、可動体１２０の単極マグネット１２２に対して、効率的に磁気吸引力及び反発力を発生する。これにより、可動体１２０の単極マグネット１２２は、単極マグネット１２２の発生磁気トルクの略中心（中心も含む）Ｇを中心に、上下方向に延びる仮想の中心線の回りを回るように、すりこぎ運動を行う。

本実施の形態のアクチュエータ１００では、可動体１２０のイナーシャ（慣性モーメント）Ｊ、ねじり方向のバネ定数Ｋ_ｓｐとした場合、可動体１２０は、固定体１１０に対して、下記式（１）によって算出される共振周波数Ｆｒ［Ｈｚ］で振動する。

Ｆｒ：共振周波数［Ｈｚ］

本実施の形態のアクチュエータ１００は、交流供給部１４０によって、コイル部に可動体１２０の共振周波数Ｆｒと略等しい周波数の交流を供給する。これにより、可動体１２０を効率良く駆動させることができる。

本アクチュエータ１００における可動体１２０は、弾性体１３０を介して固定体１１０により支持されるバネマス系構造で支持された状態となっている。よって、コイル部に可動体１２０の共振周波数Ｆｒに等しい周波数の交流が供給されると、可動体１２０は共振状態で駆動される。このとき発生するねじり方向への運動が、弾性体１３０に伝達される。

アクチュエータ１００は、下記式（２）で示す運動方程式及び下記式（３）で示す回路方程式に基づいて駆動する。

すなわち、アクチュエータ１００における慣性モーメントＪ［Ｋｇｍ^２］、回転角度θ（ｔ）［ｒａｄ］、トルク定数Ｋ_ｔ［Ｎｍ／Ａ］、電流ｉ（ｔ）［Ａ］、バネ定数Ｋ_ｓｐ［Ｎｍ／ｒａｄ］、減衰係数Ｄ［Ｎｍ／（ｒａｄ／ｓ）］、負荷トルクＴ_Ｌｏａｄ［Ｎｍ］等は、式（２）を満たす範囲内で適宜変更できる。また、電圧ｅ（ｔ）［Ｖ］、抵抗Ｒ［Ω］、インダクタンスＬ［Ｈ］、逆起電力乗数Ｋ_ｅ［Ｖ／（ｒａｄ／ｓ）］は、式（３）を満たす範囲内で適宜変更できる。

このように構成されたアクチュエータ１００の動作について説明する。コイル部１１４のうち、対向する一対のコイル部１１４のそれぞれに、交流供給部１４０から可動体１２０の共振周波数に略等しい周波数の交流を供給して、交互に異なる極性で励磁（一方がＮ極、他方がＳ極）する。これにより、可動体１２０に対して捻れる方向にトルク（磁気発生トルク）が発生する。本実施の形態では、この捻れるトルクを用いて、可動体１２０を可動させる。

具体的には、まず、アクチュエータ１００において、単極マグネット１２２に対して上面側をＮ極、下面側をＳ極とする。この構成において、図４に示すように、単極マグネット１２２の外周面側に、単極マグネット１２２の着磁方向と直交する方向を磁極として配置された電磁石のうち、互いに対向する電磁石の第１のコイル部１１４−１と、第２のコイル部１１４−２に対して、図示する方向で交流電流を供給する。この電力供給によって、第１のコイル部１１４−１はＮ極に励磁され、第２のコイル部１１４−２はＳ極に励磁される。これにより、フレミング左手の法則に則って、推力が発生し、発生磁気トルクの略中心Ｇ回りで、可動体１２０はねじり方向（矢印Ｄ方向）に移動する。この状態を図５Ａで示す。図５Ｂには、図５Ａで示す状態において、励磁された第１のコイル部１１４−１と周方向隣り合う第３のコイル部１１４−３と、この第３のコイル部１１４−３に対向する第４のコイル部１１４−４の状態を示す。図５Ａでは、可動体１２０は、第１のコイル部１１４−１のＮ極、第２のコイル部１１４−２のＳ極によって、捻れ方向に変位しているため、図５Ｂに示すように、第３のコイル部１１４−３及び第４のコイル部１１４−４に対しては、可動体１２０は弾性体１３０の復元力に抗して、第３のコイル部１１４−３側に変位した状態となっている。

次いで、図５Ｂで示す状態の第１のコイル部１１４−１の周方向で隣り合う第３コイル部１１４−３をＳ極で、且つ、第３のコイル部１１４−３と対向する第４のコイル部１１４−４をＮ極で励磁する。これにより、ねじり方向に移動した可動体１２０が、弾性体１３０の復元力により、水平の基準位置に変位しようとする際に、第３のコイル部１１４−３から矢印Ｄ１方向に変位する。次いで、第１のコイル部１１４−１の磁極をＳ極、第２のコイル部１１４−２の磁極をＮ極となるように励磁する。このように周方向で隣り合うコイル部１１４と、そのコイル部１１４に対向するコイル部１１４に対して、順次、交互に異なる極性の磁極面１１６を有するように、対向する対毎に交互に励磁することで、可動体１２０を連続して可動させる。これにより可動体１２０は、仮想中心線ＶＬ（図１及び図４参照）回りに、仮想中心線ＶＬに対して、所定角度を付けつつ旋回する運動、すなわち、可動体１２０の仮想中心線ＶＬ（図１及び図４参照）を通り、且つ、発生磁気トルクの略中心に一致する点を基点として円を描くようなすりこぎ運動を行う。

次に、本実施の形態でコイル部１１４に供給される交流電流について簡単に説明する。

図６は、本実施の形態のアクチュエータにおいて交流供給部１４０から固定体１１０のコイル部１１４に供給される交流の周期を示す図である。

コイル部１１４に流れる交流は、図６Ａに示すように周波数ｆ_０のパルス波でもよいし、図６Ｂに示すように周波数ｆ_０の正弦波でもよい。

図４の状態では、第１及び第２のコイル部１１４−３、１１４−４に、図６に示す時点ｔ１の順方向の電流が供給されて、対極する磁極がそれぞれＮ極・Ｓ極で励磁され、可動部はねじれ方向（矢印Ｄ方向）に変位する。可動体１２０が矢印Ｄ方向に変位し切った状態が図６の時点ｔ２であり、この時点ｔ２で電流の向きを切り替える。そして、可動体１２０が弾性体１３０の復元力によって、元の位置に向かって可動し、元に位置に戻った際が、図６に示す時点ｔ３であり、逆方向の電流が第３及び第４のコイル部１１４−３、１１４−４に供給されて、かつ、図５ＢのＤ１方向に変位させる。また、可動体１２０が矢印Ｄ１方向に変位した状態（図５Ｃ）において、図６の時点ｔ４で示すように電流の向きが切り替えられて、図５Ａで示す状態から元の位置に変位するように可動体１２０が可動して、元の位置に戻った際に、図６に示す時点ｔ５順方向の電流が、第１及び第２のコイル部１１４−３、１１４−４に供給される。これが１周期分の動作であり、このような動作が繰り返されることで、可動体１２０は、可動体１２０の仮想中心線ＶＬ（図１及び図４参照）を基点として円を描くようにすりこぎ運動を行う。なお、これら交流電流の供給及び供給先の切り替えは、交流供給部１４０とコイル部１１４との間に接続された図示しない基板にて行う。

このように本実施の形態のアクチュエータ１００によれば、簡易な磁気回路構成であり、組み立てやすく、安価な材料コストで低コスト化を図ることができ、さらに、小型化を図りつつ、高出力を実現することができる。

なお、このアクチュエータ１００の構成において、単極マグネット１２２の上面側をＮ極、下面側をＳ極とした場合、固定体１１０のコイル部１１４の磁極を全てＮ極に励磁すると、単極マグネット１２２の下面側で吸引力が働き、上面側は反発力が働く。これにより、例えば、全磁極をＳ極に励磁することによって、可動体１２０を上方向に移動させ、弾性体１３０の復元力により基準位置に戻るタイミングで、全磁極をＮ極に励磁することによって、可動体１２０を下方向に移動させることができる。すなわち、この動作を繰り返すことを、例えば基板で制御することによって、アクチュエータ１００は、可動体１２０を上下方向に振動させることができる。

また、アクチュエータ１００では、可動体１２０は、ねじり方向で回転し基準位置に戻ろうとする運動を行う。このアクチュエータ１００を、特許文献１に示す従来の小型ポンプの構成において、ＤＣモータ、偏心回転軸に換えて適用することによって、従来の小型ポンプと比較して、一層の小型化を図ることができる。すなわち、本実施の形態のアクチュエータ１００を適用したポンプでは、ＤＣモータの回転をすりこぎ運動に変換する変換機構を用いることなく、可動体の上面と、ポンプ室底面のダイヤフラムとを直接接続するだけで、従来の小型ポンプにおけるダイヤフラムを上下動させることができる。

この一例を、図７に示す。
図７は、本発明の実施の形態のアクチュエータを適用したエアポンプの一例を示す。

図７で示すエアポンプ１は、平面視長方形のケース２内にポンプ室３、３を形成する複数（ここでは２つ）のダイヤフラム４、４を備える。これらダイヤフラム４、４どうしは、互いに一体的に連結されており、これらダイヤフラム４、４の下部中心部には、取付突部９、９が下方に突設して設けられている。尚、ケース２は、上ケース２ａと、中ケース２ｂと、下ケース２ｃの３段で構成され、ダイヤフラム４、４は、ダイヤフラム４、４の鍔部４ａ、４ａを、上ケース２ａと中ケース２ｂとの間に挟着されてケース２に保持されている。

これら取付突部９、９には、ダイヤフラム４、４の下面を上下動させる揺動体１２が揺動自在に配設されている。ダイヤフラム４、４の底部中心部は、一部を切開されて吸気弁体４２、４２が形成されている。この切開によって貫通孔４３、４３が設けられ、吸気弁体４２、４２により、貫通孔４３、４３を閉塞、開放可能にして吸気弁部Ｖ１、Ｖ１が構成される。尚、吸気弁体４２、４２の形成方法は前述の切開方法に限定されるものではなく、他の方法で形成してもよい。

取付突部９、９は、内部を貫通して形成され、一端側で吸気弁体４２を介して貫通孔４３に連続可能な空気導入孔９１を備える。
取付突部９、９は、吸気弁体４２の開閉によって空気導入孔９１を介して、ポンプ室内とアクチュエータの配置空間（下ケース２ｃ内）とを連通させる。

一方、上ケース２ａは、中央部に排気孔２２が穿孔されている。また、上ケース２ａは、上ケース２ａの下面を環状に切り欠いて形成され、且つ、ダイヤフラム４、４の上端部が挿入される環状溝部２４を有する。環状溝部２４は、上ケース２の中央部分で、それぞれ排気孔２２の両端部分と連続している。これら環状溝部２４を形成する内壁面２４ａには、ダイヤフラム４、４の上部で構成する排気弁体８を圧接されることによって排気弁部Ｖ２、Ｖ２が構成されている。

また、ダイヤフラム４、４の下端部には揺動体１２が揺動自在に連結され、この揺動体１２には、アクチュエータ１００の可動体１２０が接合されている。
揺動体１２は、可動体１２０の磁性体１２３から着磁方向に延びる軸部１２ａと、軸部１２ａの先端部から、軸部１２ａに対して略垂直方向に突出した揺動アーム１２ｂを有する。揺動アーム１２ｂの先端で、ダイヤフラム４の下部の取付突部９、９の下端部に、揺動自在に連結されている。この連結部分は、任意の方向に回転可能となるように接続されていればどのように構成されてもよい。なお、揺動体１２が配設される下ケース２ｃの壁部には、下ケース２ｃの内外に連通して形成され、外気を内部に導入する連通孔９３が設けられている。

このエアポンプ１は、アクチュエータ１００を駆動して、可動体１２０をすりこぎ運動させることによって、軸部１２ａも追従してすりこぎ運動を行い、これにより揺動アーム１２ｂが揺動してダイヤフラム４、４の下端部の取付突部９を上下動させる。
例えば、ダイヤフラム４の下端部の取付突部９が揺動体１２により下動された際に、ダイヤフラム４内は負圧となるので、排気弁体８は環状凹溝２４の内壁面２４ａに密着し、即ち、排気弁部Ｖ２は閉じ、且つ、吸気弁体４２は、貫通孔４３を閉塞状態から開放し、即ち、吸気弁部Ｖ１は開状態となり、空気導入孔９１からダイヤフラム４内、つまりポンプ室内３へ矢印Ｆの如く吸気が行われる。
次に、ダイヤフラム４の下端部が上動された時、ダイヤフラム４内は高圧になり、吸気弁体４２が貫通孔４３を閉塞して吸気弁部Ｖ１を閉状態にするとともに、排気弁体８が内壁面２４ａより拡径して、排気弁部Ｖ２による排気が矢印Ｄのように行われる。排気弁体８内より排出された空気は、環状凹溝２４を通、排気孔２２からケース２外に排出される。なお、ダイヤフラム４の上動に伴って下ケース２ｃ内は負圧になる。これにより、連通孔９３を介して下ケース２ｃ内、つまり、ケース２内に空気が吸入される。

このように、エアポンプ１では、ポンプ室３を構成する各ダイヤフラム４、４の底部中心部に吸気弁部Ｖ１を配設し、更に、ポンプ室３の上面を構成するケース２の上ケース２ａの上板中央部に、ダイヤフラム４内の排気を行う排気弁部Ｖ２を配設している。そして、排気弁部Ｖ２からエアを送り出すためのダイヤフラム４を駆動する揺動体１２は、直接、アクチュエータ１００の可動体１２０に接合されている。これにより、エアポンプ１は、従来のポンプと比較して、ＤＣモータの回転をすりこぎ運動に変換する変換機構を必要とせず、エアポンプ１の高さ自体が低くなっており（低背化）、一層の小型化が図られている。

このようにアクチュエータ１００は、同種のすりこぎ運動を実現するための駆動源として利用可能であり、エアポンプ１以外にも適用してもよい。また、アクチュエータ１００はエアポンプ等のすりこぎ運動を実現するための駆動源として用いることができる点に加えて、例えば、アクチュエータ１００は、２軸の回転運動が必要なレーザーレーダーのミラー駆動用途や走査機能を必要とするレーザー走査機器等に用いてもよい。

また、アクチュエータ１００が美顔器としてマッサージ器等の理美容機器に用いられる場合、アクチュエータ１００を取り付けた機器本体に、可動体１２０の運動によって、外部に出没自在な突起部を設けることで実現できる。

また、アクチュエータ１００は、式（２）、（３）を満たし、式（１）で示す共振周波数を用いた共振現象により駆動する。これにより、アクチュエータ１００では、定常状態において消費される電力は負荷トルクによる損失及び摩擦等による損失だけとなり、低消費電力で駆動、つまり、可動体１２０を低消費電力ですりこぎ運動させることができる。

また、本実施の形態によれば、着磁マグネット１２２を備える可動体１２０により、直動でのすりこぎ運動を実現できるため、エアポンプ１の駆動源として用いた場合、従来と異なり、回転運動からすりこぎ運動への変換機構が不要となる。よって、エアポンプ１の一層の小型化を図ることができる。さらに、従来と異なり、回転運動からすりこぎ運動への変換機構が不要となるため、回転運動からすりこぎ運動への変換を行う機構部で発生する摺動音を低減できる。また、変換機構を有しないことから、少ない部品点数で組み立て易い構造のアクチュエータを実現できる。

また、例えば、特許文献３に示す従来の支軸構造を持つ２自由度アクチュエータと比較して、可動体を可動させるための可動体の回転軸、或いは位置決めの軸を必要としない。これにより、構造を簡易化でき、組立性の向上、コストの低廉化を図ることができる。

なお、アクチュエータ１００によれば、弾性体（ばね）１３０の配置を可動体１２０の外周部に配置するため、可動体の中心に固定された弾性体（ばね）によって可動体を支持する構成のアクチュエータと異なり、薄型化を図ることができる。

また、単極マグネット１２２の磁極面には磁性体１２３、１２４が配置されている。これにより、単極マグネット１２２を、電磁石ユニットとともに効率的な磁気回路の一部にすることが可能となり、外径の小さい単極マグネット１２２でも高出力とすることができ、エネルギー変換効率を高めることができる。

弾性体１３０は、板バネにより形成されている。これにより、弾性体１３０を安価で製作でき、コストの削減を図ることができる。さらに、ばね定数の設計が容易となり、アクチュエータを、信頼性の高い製品として提供できる。

固定体１１０の内側に、可動体１２０を配置しているため、可動体１２０を、円筒型や角型の単極マグネットで構成でき、安価でアクチュエータを構成してコストの削減を図ることができる。

また、弾性体１３０は、非磁性材料により構成されているため、アクチュエータ１００の組立時に磁気吸引力が働かくことがなく、アクチュエータ１００自体の組立性の向上を図ることができる。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係るアクチュエータ１００Ａを示す斜視図であり、図９は、同アクチュエータ１００Ａの要部分解斜視図であり、図１０は、同アクチュエータ１００Ａの要部構成を示す概略断面図である。

実施の形態１では、可動体１２０を一つの弾性体１３０で可動自在に支持する構成としたが、実施の形態２では、可動体１２０Ａを、それぞれ弾性変形する２つの弾性体１３０Ａで支持するようにした（図９、図１０参照）。

具体的には、本実施の形態２のアクチュエータ１００Ａは、実施の形態１のアクチュエータ１００の構成において、固定基部１１１、弾性体１３０及びホルダ１５０を、固定ケース１１１Ａ、２つの弾性体１３０Ａ及び上ホルダ１５１、下ホルダ１５２に代えている。つまり、アクチュエータ１００Ａは、アクチュエータ１００と同様の基本的構成を有しており、同様の駆動原理で駆動する。よって、以下では、同一の構成要素には同名称、同符号を付し、その説明を省略する。

図８〜図１０に示すアクチュエータ１００Ａは、固定体１１０Ａと、可動体１２０Ａと、固定体１１０Ａに可動体１２０Ａを可動自在に支持する弾性体１３０Ａと、交流供給部１４０（図９参照）と有する。固定体１１０Ａ及び可動体１２０Ａは、実施の形態１のアクチュエータ１００の固定体１１０及び可動体１２０と同様の機能を有する。

すなわち、可動体１２０Ａは、実施の形態１における可動体１２０の構成と同様に、円盤状の単極マグネット１２２Ａを有する。この単極マグネット１２２Ａの着磁方向の上下の磁極面のそれぞれに、円盤状の磁性体１２３Ａ、１２４Ａが接着されている。磁性体１２３Ａ、１２４Ａには、着磁方向（上下方向）に所定の厚みを有する上ホルダ１５１、下ホルダ１５２が固定されている。上ホルダ１５１、下ホルダ１５２は、可動体１２０Ａ、つまり、着磁マグネット１２２Ａに対する弾性体１３０Ａの支持位置を設定するものであり、ここでは、弾性体１３０Ａで支持できるように厚み調整されている。この厚みのある上ホルダ１５１、下ホルダ１５２には、それぞれ固定体１１０に固定端で固定された弾性体１３０Ａの遊端が接合されており、可動体１３０Ａは、基準位置として固定体１１０Ａと可動体１２０Ａとに水平に架設される位置に位置する。これにより、２つの弾性体１３０Ａは、可動体１２０Ａの可動中心を、可動体１２０Ａの発生磁気トルクの略中心（中心も含む）Ｇ１（図１０参照）に一致するように可動体１２０Ａに取り付けられている。

固定体１１０Ａは、実施の形態１の電磁石ユニットを内蔵する固定ケース１１１Ａを有する。

固定ケース１１１Ａは、天面及び底面の中央部分で開口する開口部１１１ｂを介して外部に連通し、且つ、内部に可動体１２０Ａが可動可能に配置される中空部が形成されている。固定ケース１１１Ａは、図９及び図１０に示すように上下に分割された上ケース１１１１と、下ケース１１１２とを有する。

上ケース１１１１及び下ケース１１１２内には、中央部分の開口部１１１ｂの縁部を囲むように、電磁石ユニット（コア部１１２、コアカバー１１３及びコイル部１１４）が配置されている。コア部１１２の磁極コア１１２１の磁極面１１６は、それぞれ、固定ケース１１１Ａの中空部内の可動体１２０Ａの外周面に対向して配置されている。

上ケース１１１１及び下ケース１１１２の天面及び底面の中央の開口部１１１ｂの開口縁部には、それぞれの開口部１１１ｂを塞ぐように、弾性体１３０Ａが取り付けられている。

弾性体１３０Ａは、弾性体１３０と同様の基本的構成を有し、ここでは同様の材質で円盤状に形成されている。すなわち、弾性体１３０Ａは、外周側に固定端を有し、内周側で内縁円形板１３３ａに一様に固定された遊端を有する葛折り状の板状弾性アーム部１３２Ａを備える。

葛折り状の板状弾性アーム部１３２Ａにおける固定端は、弾性体１３０Ａの外縁環状部１３３ｂに接合され、遊端は、内縁円形板１３３ａに接合されている。外縁環状部１３３ｂは、上下ケース１１１１、１１１２の開口部１１１ｂの開口縁部に固定され、内縁円形板１３３ａは、上ホルダ１５１、下ホルダ１５２の上下面で固定されている。

この構成により弾性体１３０Ａでは、板状弾性アーム部１３２Ａは、上下ケース１１１１、１１１２の開口部１１１ｂの開口縁部と、上ホルダ１５１、下ホルダ１５２の外縁との間で、周方向に沿って水平に延びるように取り付けられている。各弾性体１３０Ａの板状弾性アーム部１３２Ａは、上下ケース１１１１、１１１２の開口部１１１ｂの開口縁部と、上ホルダ１５１、下ホルダ１５２の外縁との間において、開口縁部に沿って形成されている。板状弾性アーム部１３２Ａは、上下ケース１１１１、１１１２の開口部１１１ｂの開口縁部と、上ホルダ１５１、下ホルダ１５２の外縁とを直線で結んだ長さよりも長く形成されており、弾性変形に十分な長さを有している。弾性体１３０Ａは、可動体１２０Ａに接続される位置（固定端）の全てを起点にして付勢方向の延長線上に可動体１２０Ａの発生磁気トルクの略中心Ｇ１が位置するように、可動体１２０Ａを可動可能に支持されている。

このように構成されるアクチュエータ１００Ａでは、固定体１１０Ａにおける電磁石ユニットのコイル部１１４に、アクチュエータ１００と同様に、交流供給部１４０から電力供給を行う。図１１に示すように、第１のコイル部１１４−１が巻回される磁極コア１１２１の磁極面１１６がＮ極に、これに対向する第２のコイル部１１４−２が巻回された磁極コア１１２１の磁極面１１６がＳ極となるように交流を供給して励磁する。
これにより、可動体１２０Ａは、上下面側でそれぞれ矢印Ｄ方向のトルクが作用し、Ｄ方向のねじり方向に変位する。なお、コイル部１１４のコイル巻線は、図示しない基板（切り替えスイッチ等を備える基板）に接続されている。基板は、外部端子を介して接続される交流供給部１４０からコイル部１１４への交流電源（交流電圧）の供給を制御してもよい。

次いで、復元力により弾性体１３０Ａが基準位置に戻る際に、実施の形態１と同様に、第１のコイルブ１１４−１と隣り合う第３のコイル部１１４−３（図９参照）とそれに対向する第４のコイル部１１４−４（図９参照）に交流電流を供給して互いに異なる磁極となるように励磁する。具体的には、第３コイル部１１４−１をＳ極で、この第３コイル部１１４−３と対向する第４のコイル部１１４−４をＮ極となるように励磁する。そして、復元力により弾性体１３０Ａが基準位置に戻る際に、第１コイル部１１４−１の隣の第３のコイル部１１４−３を、Ｎ極となるように励磁し、第３のコイル部１１４−３に対向するコイル部１１４−４を、Ｓ極となるように励磁する。これを周方向で、順次、交互に繰り返して制御することによって、実施の形態１と同様の運動原理で、可動体１２０Ａは、可動体１２０Ａの仮想中心線ＶＬ（図８及び図１１参照）が円を描くようなすりこぎ運動等の運動を行う。

また、本実施の形態２では、すりこぎ運動等の運動を行う可動体１２０Ａは、複数の弾性体１３０Ａによって、固定体１１０Ａに対して可動自在に支持されている。これにより、弾性体１３０Ａに衝撃が加わった際に応力分散が図られることになり、不具合が発生しにくく、信頼性の向上を確保できる。また、固定体１１０Ａ及び可動体１２０Ａ間に架設される弾性体１３０Ａが、可動体１２０Ａの上下で挟むように配置されている。これにより、弾性体１３０Ａは、実施の形態１と異なり、固定体１１０Ａの内部に設ける必要がなく、実施の形態１の構成よりもバネ設計の自由度が高い。これは、固定体１１０の内部に弾性体１３０を配置する場合、固定体１１０内では、電磁石ユニットも配置されるため、弾性体１３０の配置場所は予め決められており、その場所の領域内でのバネ設計を行う必要が生じるからである。

また、アクチュエータ１００Ａもアクチュエータ１００と同様に、ばねマス系を持つ構造となる。これにより、コイル部１１４への入力周波数を、可動体１２０Ａのイナーシャとばね定数により決定できる共振周波数に近い値にして、磁気回路を駆動することによって、消費電力の抑制が可能であり、高効率なアクチュエータを提供することが可能となる。

また、アクチュエータ１００Ａにおいて、単極マグネット１２２Ａの上面側をＮ極・下面側をＳ極とし、固定体１１０Ａのコイル部１１４を励磁して磁極を全てＮ極にする。すると、単極マグネット１２２Ａの下面側で吸引力が働き、上面側は反発力が働く。これにより、例えば、全磁極をＳ極となるように励磁することによって、可動体１２０Ａを上方向に移動させ、弾性体１３０Ａの復元力により基準位置に戻るタイミングで、全磁極をＮ極に励磁することによって、可動体１２０Ａを下方向に移動させることができる。すなわち、これを繰り返すことで、アクチュエータ１００Ａは、アクチュエータ１００と同様に、可動体１２０Ａを上下方向に振動させることができる。この振動の制御は、例えば、図示しない基板を用いて、コイル部１１４への電源供給を制御することによって行う。

また、このアクチュエータ１００Ａを、アクチュエータ１００と同様に、図７に示すエアポンプ１に用いても良い。すなわち、本実施の形態のアクチュエータ１００Ａを適用したポンプでは、ＤＣモータの回転をすりこぎ運動に変換する変換機構を用いることなく、可動体の上面と、ポンプ室底面のダイヤフラムとを直接接続するだけで、従来の小型ポンプにおけるダイヤフラムを上下動させることができる。これにより、ＤＣモータの回転をすりこぎ運動に変換する変換機構を用いた特許文献１に示す従来の小型ポンプの構成と比較して、一層の小型化を図ることができる。

アクチュエータ１００Ａは、エアポンプ以外にも適用してもよい。また、アクチュエータ１００Ａは、エアポンプ１等のすりこぎ運動を実現するための駆動源として用いることができる点に加えて、２軸の回転運動を実現することができ、レーザーレーダーのミラー駆動用途や走査機能を必要とするレーザー走査機器等に用いてもよい。また、アクチュエータ１００Ａをアクチュエータ１００と同様に美顔器としてマッサージ器の理美容機器等に用いて小型化を図ることもできる。

（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３に係るアクチュエータ１００Ｂを示す斜視図であり、図１３は、同アクチュエータ１００Ｂの要部分解斜視図である。なお、このアクチュエータ１００Ｂの要部を示す概略断面図は、符号のみ異なり、図３と同様である。

実施の形態３のアクチュエータ１００Ｂは、アクチュエータ１００と同様の基本的構成を有しており、アクチュエータ１００と比較して、固定体１１０側の磁極数及び弾性体の板状弾性アーム部１３２の数のみ異なる構成とした。本実施の形態３のアクチュエータ１００Ｂは、実施の形態１のアクチュエータ１００において、電磁石の磁極（コイル部１１４及び磁極コア１１２１）の数を、奇数個である３つにした。

具体的には、アクチュエータ１００Ｂは、固定体１１０Ｂと、可動体１２０Ｂと、固定体１１０Ｂに可動体１２０Ｂを可動自在に支持する弾性体（弾性支持部）１３０Ｂと、交流供給部１４０Ｂ（図１３参照）とを有する。

可動体１２０Ｂは、可動体１２０と同様に構成されており、弾性体１３０Ｂを介して、固定体１１０Ｂに、上下方向（着磁方向）を含み且つ水平方向への移動を規制した状態で多自由度方向に移動自在に取り付けられている。すなわち、可動体１２０Ｂには、弾性体１３０Ｂが、可動体１２０Ｂの可動中心を、可動体１２０Ｂの発生磁気トルクの略中心（中心も含む）に一致させた状態で、取り付けられている。

アクチュエータ１００Ｂでは、可動体１２０Ｂは、固定体１１０Ｂに対して、上下方向或いは２自由度方向に移動する。可動体１２０Ｂは、交流供給部１４０Ｂからの電力供給によって、回転軸部材、或いは、回転中心となる部材を用いることなく、所定の角度範囲内で正逆方向に回転往復振動、具体的には、ねじり方向で回転し基準位置に戻ろうとする運動を繰り返す。これを用いて、可動体１２０Ｂは、所謂、仮想中心線ＶＬ回りに、仮想中心線ＶＬから所定角度傾いて、可動体１２０Ｂの発生磁気トルクの略中心を通る軸線の一端で円を描くように回転する運動、つまり、すりこぎ運動を行うことができる。

固定体１１０Ｂは、固定基部１１１Ｂと、コア部１１２Ｂと、コアカバー１１３Ｂと、コイル部１１４Ｂと、を有する。なお、コア部１１２Ｂ、コアカバー１１３Ｂ及びコイル部１１４Ｂにより電磁石ユニットを構成する。

固定基部１１１Ｂは、有底筒状をなし、底面部の中央部に開口部が形成されている。固定基部１１１Ｂにおいて底面部の中央の開口部を囲むように電磁石ユニットが配置されている。この開口部内には、弾性体１３０Ｂを介して可動体１２０Ｂが配置されている。

コア部１１２Ｂは、磁極を形成する３つの棒状の磁極コア１１２１（図３参照）を有する。これら磁極コア１１２１は、固定基部１１１Ｂ内で底面上に、中央の開口部を中心に放射状に配置されている。磁極コア１１２１の一端部の磁極面１１６は、開口部の外縁に沿って、等間隔を開けて配置されている。磁極面１１６は、固定基部１１１Ｂの中央部分に配置された可動体１２０Ｂの単極マグネット１２２に対して、単極マグネット１２２の着磁方向と交差する方向（ここでは直交する方向）で対向し、且つ、単極マグネット１２２の外周を囲むように配置されている。なお、磁極面１１６は、可動体１２０Ｂの外周（ここでは、単極マグネット１２２の外周の中央部分）に対向し、且つ、可動体１２０Ｂの外周に沿う円弧状に構成されている。

コア部１１２Ｂの磁極コア１１２１（図３参照）は、それぞれ絶縁性を有するコアカバー１１３Ｂにより被覆されている。磁極コア１１２１の外周には、それぞれコアカバー１１３Ｂを介して、コイル部１１４Ｂが巻回されており、コイル部１１４Ｂに電流が供給されると磁極面１１６が励磁する。

可動体１２０Ｂは、単極マグネット１２２と、磁性体１２３、１２４とを有し、可動体１２０と同様の構成であるため、単極マグネット１２２と、磁性体１２３、１２４の説明は省略する。

この可動体１２０Ｂは、弾性変形する弾性体１３０Ｂによって、磁性体１２４に固定されたホルダ１５０を介して、単極マグネット１２２の着磁方向に、固定体１１０Ｂの固定基部１１１の開口部が位置するように、支持されている。ホルダ１５０は、その厚みにより弾性体１３０Ｂによる着磁マグネット１２２に対する支持位置、つまり、固定体１１０Ｂ及び可動体１２０Ｂ間の架設位置を設定する。この構成により、固定体１１０Ｂ及び可動体１２０Ｂ間における板状弾性アーム部１３２は、可動体１２０Ｂの発生磁気トルクの略中心を通る水平面上に位置するように、固定体１１０Ｂと可動体１２０Ｂのそれぞれに固定されている。加えて、放射状に配置される各板状弾性アーム部１３２の架設位置は、平面視した際の可動体１２０Ｂの中心に対して、それぞれ対称となる位置となっている。本実施の形態では、可動体１２０Ｂは、３方に配置された３つの板状弾性アーム部１３２を介して、可動自在に支持されている。弾性体１３０Ｂは、可動体１２０Ｂに接続される位置（固定端）の全てを起点にして付勢方向の延長線上に可動体１２０Ｂの発生磁気トルクの略中心が位置するように、可動体１２０Ｂを可動可能に支持されている。また、平面視して、基準位置における可動体１２０Ｂの中心（仮想中心線ＶＬ）は、固定体１１０Ｂの中心と一致している。

コイル部１１４Ｂは、コイル部１１４と同様であり、コア部１１２Ｂの磁極コア１１２１の外周に絶縁性を有するコアカバー１１３Ｂを介して巻回されている。コイル部１１４Ｂは、磁極面１１６を有する磁極コア（図３に示す磁極コア１１２１と同様の構成であり、図示省略）とともに電磁石を構成し、アクチュエータ１００Ｂの駆動に用いられる。コイル部１１４Ｂの軸心は、それぞれ巻回されるコア部１１２の磁極コア（図示省略）の軸心と同一であることが望ましい。コイル部１１４Ｂのコイル巻線は、図示しない基板に接続されており、基板を介して外部端子に接続される。コイル部１１４Ｂには、外部端子を介して交流供給部１４０Ｂから交流電源（交流電圧）が供給される。

コイル部１１４Ｂの磁極面１１６の極性は、供給電流の向きによって適宜変更する。具体的には、コイル部１１４Ｂの磁極面１１６の極性は、交流供給部１４０Ｂから可動体１２０Ｂの共振周波数に略等しい周波数の交流を供給することで、適宜変更される。このようにコイル部１１４Ｂを適宜励磁し、これを繰り返すことによって、可動体１２０Ｂは可動する。

弾性体１３０Ｂは、弾性体１３０と同様の材料、例えば、ステンレス、りん青銅等の非磁性材料を用いることにより構成されている。これによりアクチュエータ１００Ｂにおいて、不要な漏れ磁束が低減でき、アクチュエータ１００Ｂ自体の組立性の向上を図ることができる。ここでは、弾性体１３０Ｂは、板バネを用いることで、アクチュエータ１００Ｂ自体のコストを低減できる。

弾性体１３０Ｂは、弾性体１３０と同様の基本的構成を有する。すなわち、弾性体１３０Ｂは、一端が固定端の葛折り状部を有する板状弾性アーム部１３２と、板状弾性アーム部１３２の他端部に接続され、可動体１２０Ｂの周囲に外嵌されるリング部１３４Ｂとを有する。

リング部１３４Ｂは、可動体１２０Ｂの外周に外嵌されるホルダ１５０に一体的に固定されている。これにより、固定体１１０Ｂ及び可動体１２０Ｂ間における板状弾性アーム部１３２の架設位置は、平面視して、等間隔で位置する可動体１２０Ｂの外周と対向する磁極面１１６との組の間に、可動体１２０Ｂの中心で点対称となる位置に配置されている。

これら板状弾性アーム部１３２は、実施の形態１と同様に、可動体１２０Ｂの発生磁気トルクの略中心を通る水平面上に位置するように、固定体１１０Ｂと可動体１２０Ｂのそれぞれに固定されている。本実施の形態では、可動体１２０Ｂは、３方に配置された３つの板状弾性アーム部１３２を介して、可動自在に支持されている。

これにより、可動体１２０Ｂは、弾性体１３０Ｂを介して、可動体１２０Ｂの中心をコア部１１２の各磁極面１１６間の水平方向での中心に一致させた状態で、固定体１１０Ｂにより保持されている。可動体１２０Ｂは、回転軸に相当する部材、軸受け等を用いることなく、固定体１１０Ｂに対して、上下方向（着磁方向）を含み且つ水平方向への移動を規制した状態で多自由度方向に移動可能に固定体１１０Ｂに取り付けられている。

弾性体１３０Ｂは、単極マグネット１２２の回動方向に対して一定のばね定数を得ることができ、可動体１２０Ｂに対してトルクが作用する。これにより、可動体１２０Ｂは、可動体１２０と同様にねじり方向に可動する（図４参照）。すなわち、弾性体１３０Ｂによりアクチュエータ１００Ｂにおける共振周波数が調整できる。

上記構成のアクチュエータ１００Ｂでは、コイル部１１４Ｂへ入力される交流波により磁極コア１１２１、具体的には磁極面１１６が磁化され、可動体１２０の単極マグネット１２２に対して、効率的に磁気吸引力及び反発力を発生する。

磁極が３極であるため、３つのコイル部１１４Ｂに１２０度位相をずらした電流を入力する。これを、周方向で、順次、位相をずらした電流を供給することによって、４極構成（アクチュエータ１００）と同様に、可動体１２０Ｂに、可動体１２０の仮想中心線ＶＬ（図１及び図４参照）が円を描くようにすりこぎ運動をさせる。

なお、このアクチュエータ１００Ｂも、アクチュエータ１００と同様に、上記式（２）、（３）を満たし、上記式（１）で示す共振周波数を用いた共振現象により駆動する。アクチュエータ１００Ｂによれば、アクチュエータ１００よりも、コイル部１１４の数を減らすこと（４つ→３つ）ができ、工数の削減を図ることができる。また、図示しない駆動回路のスイッチング素子（一般にMOSFET）の数を減らすことができるため、更にコストの削減を図ることができる。

また、アクチュエータ１００Ｂにおいて、単極マグネット１２２Ｂの上面側をＮ極・下面側をＳ極とし、固定体１１０Ｂのコイル部１１４Ｂを励磁して磁極を全てＮ極にする。すると、単極マグネット１２２Ｂの下面側で吸引力が働き、上面側は反発力が働く。これにより、例えば、全磁極をＳ極にすることによって、可動体１２０Ｂを上方向に移動させ、復元力により弾性体１３０Ｂが基準位置に戻る際に、コイル部１１４Ｂを励磁して全磁極をＮ極にすることによって、可動体１２０Ｂを下方向に移動させることができる。すなわち、これを繰り返すことで、アクチュエータ１００Ｂは、アクチュエータ１００と同様に、可動体１２０Ｂを上下方向に振動させることができる。

また、このアクチュエータ１００Ｂを、アクチュエータ１００と同様に、図７に示すエアポンプ１に用いても良い。すなわち、本実施の形態のアクチュエータ１００Ｂを適用したポンプでは、ＤＣモータの回転をすりこぎ運動に変換する変換機構を用いることなく、可動体の上面と、ポンプ室底面のダイヤフラムとを直接接続するだけで、従来の小型ポンプにおけるダイヤフラムを上下動させることができる。これにより、ＤＣモータの回転をすりこぎ運動に変換する変換機構を用いた特許文献１に示す従来の小型ポンプの構成と比較して、一層の小型化を図ることができる。

アクチュエータ１００Ｂは、エアポンプ以外にも適用してもよい。また、アクチュエータ１００Ｂは、エアポンプ１等のすりこぎ運動を実現するための駆動源として用いることができる点に加えて、２軸の回転運動を実現することができ、レーザーレーダーのミラー駆動用途や走査機能を必要とするレーザー走査機器等に用いてもよい。また、アクチュエータ１００Ｂをアクチュエータ１００と同様に美顔器としてマッサージ器等の理美容機器に用いて小型化を図ることもできる。

（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態１のアクチュエータ１００と同様に偶数の磁極を構成する電磁石を備えるアクチュエータ１００Ｃにおいて、励磁する電磁石の極性を変えて可動体１２０を駆動させる。

図１４に示すアクチュエータ１００Ｃは、アクチュエータ１００と同様の構成である。すなわち、固定体１１０は、単極マグネット１２２の周囲に等間隔で配置された偶数個（ここでは４個）の電磁石を有する。また、電磁石で囲まれる可動体１２０は、上下方向を着磁方向とした単極マグネット１２２の両磁極面に磁性体１２３、１２４を取り付けることで構成されている。単極マグネット１２２において、上面は、Ｎ極で着磁され、下面はＳ極で着磁されている。

この構成のアクチュエータ１００Ｃは、隣り合う２個の第１群の電磁石（第１のコイル部１１４−１と第３のコイル部１１４−３をそれぞれ有する電磁石）の磁極を同磁極（例えば、Ｎ極）で励磁し、第１群の電磁石に相対する第２群の電磁石（第２のコイル部１１４−２と第４のコイル部１１４−４をそれぞれ有する電磁石）の磁極を、第１群の電磁石の磁極と反対の磁極（例えば、Ｓ極）に励磁する。
すると、可動体１２０は、可動中心を基準に傾く方向に変位する。そして、この可動体１２０が傾いて、元の位置（基準位置）に戻ろうとする際に、各群を構成する電磁石（具体的にはコイル部１１４）への供給電源の電流の向きを逆向きに切り替える。これにより、可動体１２０が弾性体１３０の復元力により元の位置に移動するときに、先の極性とは異なる磁極で励磁される第１群の電磁石と第２群の電磁石によって、可動体は中心Ｃ１を中心に先の傾きとは逆の方向に傾く。この動作を繰りかえすことで可動体１２０は、中心線Ｃ１を基準に、中心線Ｃ回りで、往復揺動運動を行う。これにより、アクチュエータ１００Ｃは、可動体１２０に振動を加えることができ、発電機として用いることができる。また、アクチュエータ１００Ｃを、アクチュエータ１００と同様に美顔器としてマッサージ器の理美容機器等に用いて小型化を図ることもできる。

なお、各実施の形態における単極マグネット１２２、１２２Ａ、１２２Ｂの上下の磁極面の極性は、上面側、つまり表面側をＳ極で着磁し、下面側、つまり、裏面側をＮ極で着磁してもよい。この場合、各アクチュエータ１００、１００Ａ、１００Ｂでは、上述したアクチュエータ１００、１００Ａ、１００Ｂでの可動体１２０、１２０Ａ、１２０Ｂの運動と同様の運動をさせるべく、固定体１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ側の磁気回路を変更する。具体的には、対応するコイル部１１４、１１４Ｂに電流を流す方向を逆にする。

また、各実施の形態のアクチュエータ１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは、磁極位置が可動体１２０の外周側に配置したインナーロータ式で構成されている。これにより、可動体を固定部の外側に位置させるアウターロータ式と比べて、可動する可動体を保持する機構を、可動体の外部に別途設ける必要が無く、一層の薄型化を図ることができる。さらに、アクチュエータ１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは、ＰＭ駆動方式を適用できるため、一般に、ＶＣＭによる駆動方式に比べ出力を大きくできる。

なお、上記本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り、種々の改変をなすことができ、そして本発明が該改変させたものに及ぶことは当然である。

以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記装置の構成や各部分の形状についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。

本発明に係るアクチュエータは、簡易な構成で組み立てやすく、低コスト化、薄型化による小型化を図りつつ、高出力を実現できる効果を有し、可動体にすりこぎ運動させる装置に適用できるアクチュエータとして有用である。

１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ アクチュエータ
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ 固定体
１１１、１１１Ｂ 固定基部
１１１Ａ 固定ケース
１１１ａ、１１１ｂ 開口部
１１２、１１２Ｂ コア部
１１３、１１３Ｂ コアカバー
１１４、１１４Ｂ コイル部
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ 可動体
１２２、１２２Ａ 単極マグネット（着磁マグネット）
１２３、１２３Ａ、１２４、１２４Ａ 磁性体
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ 弾性体
１３２、１３２Ａ 板状弾性アーム部
１３４、１３４Ｂ リング部
１４０、１４０Ｂ 交流供給部
１５０、１５１、１５２ ホルダ
１１１１ 上ケース
１１１２ 下ケース
１１２１ 磁極コア
１３２１ 葛折り状部

Claims (14)

1. 単極着磁された単極マグネットを含む可動体と、
   磁性体であるコア及びこのコアを励磁するコイルを有する電磁石を複数備え、これら電磁石の磁極が、前記単極マグネットの着磁方向と直交する位置に３極以上配置されている固定体と、
   前記可動体と前記固定体間に架設され、且つ、前記コイルに電流が供給された際に弾性変形して、前記可動体を前記単極マグネットの着磁方向及び２自由度方向に移動可能に支持する弾性体と、
   を有し、
   前記弾性体は、前記可動体の可動中心を、前記可動体の発生磁気トルクの略中心に一致するように前記可動体に取り付けられている、
   アクチュエータ。
2. 前記電磁石は、それぞれ磁極を順次励することにより前記単極マグネットを２自由度方向に移動させて、前記可動体をすりこぎ運動させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記可動体は、前記単極マグネットの磁極面のそれぞれに設けられた磁性体を有する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 前記弾性体は、板ばねである、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
5. 前記単極マグネットは前記電磁石に囲まれる位置で、移動自在に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
6. 前記単極マグネットは、ネオジウムマグネットである、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
7. 前記単極マグネットは、フェライトマグネットである、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
8. 前記弾性体は、非磁性材料で構成されている、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
9. 前記可動体は、複数の前記弾性体により支持されている、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
10. 前記電磁石へ供給される電力の入力周波数は、前記可動体の回転共振周波数と略等しいことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
11. 請求項１から１０の何れか一項に記載のアクチュエータを備える、
    ことを特徴とするエアポンプ。
12. 請求項１から１０の何れか一項に記載のアクチュエータを備える、
    ことを特徴とする理美容機器。
13. 請求項１から１０の何れか一項に記載のアクチュエータを備える、
    ことを特徴とするレーザー走査機器。
14. 前記固定体は、前記単極マグネットの周囲に等間隔で配置されたＮ個（Ｎは偶数）の前記電磁石を有し、
    前記Ｎ個の電磁石は、隣り合うＮ／２個の第１群の電磁石の磁極を同極に励磁し、前記Ｎ／２個の電磁石に相対する残りのＮ／２個の第２群の電磁石の磁極を、前記第１群の電磁石の反対の磁極に励磁することにより、前記可動体を、前記可動中心を基準に傾く方向に往復運動させる、
    ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。

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