JP4029774B2 - アクチュエータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定角度範囲で正逆回転して往復回転駆動を行うためのアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から所定角度範囲で正逆回転して往復回転駆動を行うためのアクチュエータとして特許文献１が知られている。
【０００３】
この特許文献１に示された従来例は、シャフトと一体化した円周方向にＮ極とＳ極が順に着磁された永久磁石を有する可動子と、該可動子と同心円状に配置された一対のヨーク及びコイルを有する固定子とでアクチュエータを構成しており、一対のヨークからそれぞれ磁極歯部をシャフトと平行に突出させてこの両ヨークから突出させた磁極歯部の先端部を相手方のヨークに対向するように配置し、該磁極歯部の外側にコイルを配置している。
【０００４】
このような構成の特許文献１に示されたアクチュエータはコイルと可動子との間に磁極歯部が介在しているので、磁極歯部の分だけアクチュエータ全体の径が大きくなるという問題がある。このため、例えば、電動歯ブラシの駆動部としてアクチュエータを用いようとしても、電動歯ブラシの把持部となるハウジング内にアクチュエータを内装しようとすると、把持部の径が大きくなって、電動歯ブラシとしての使い勝手が悪くなってしまうという問題がある。このことは他の電気機器にアクチュエータを内装した場合も同様であり、アクチュエータを組込んだ電気機器の小型化の障害となっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−０３７１９２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、磁気回路を利用した往復回転駆動をするアクチュエータの径を小さくできて小型化が実現できるアクチュエータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係るアクチュエータは、磁性体よりなるシールドケース９内に内装した固定子６と、固定子６内に配置される可動子３とを備え、上記可動子３が磁性体よりなるシャフト１に永久磁石２を設けて構成され、上記固定子６が上記可動子３を囲むように周方向に巻回されるコイル４と筒状の磁性体よりなるヨーク５を有し、磁性体よりなるシャフト１を上記磁性体よりなるシールドケース９の両端部に回動自在に支持し、コイル４に電流を印加して可動子３をシャフト１を中心として所定角度で往復回転運動させるようにしたアクチュエータであって、上記永久磁石２はシャフト１の軸方向と交差する方向に着磁されており、上記ヨーク５はコイル４の軸方向の両側に設けられると共に軸方向の両側のヨーク５の内周面から可動子３側に向けてそれぞれ上記永久磁石２と対向するように磁極部７が突設され、コイル４に電流を印加した時の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるように両側のヨーク５ａ、５ｂに設けた磁極部７の軸周り方向の位置と、永久磁石２の外面の磁極との位置関係を設定して成ることを特徴とするものである。
【０００８】
このような構成とすることで、コイル４に一方向の電流を流すと一方のヨーク５ａの磁極部７がＮ極側、他方のヨーク５ｂの磁極部７がＳ極側となり、各磁極部７とこれに対応する永久磁石２の外面側の磁極との磁気的な反発、吸引によりシャフト１が所定角度で往復回転運動を行うのであるが、この場合、コイル４に電流を印加した時の一方のヨーク５に設けた磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、他方のヨーク５に設けた磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるように両側のヨーク５ａ、５ｂに設けた磁極部７の軸周り方向の位置と、永久磁石２の外面の磁極との位置関係を設定してあることで、可動子３が高効率、高トルクの往復回転駆動を行うことができるものである。また、磁性体よりなるシャフト１を上記磁性体よりなるシールドケース９の両端部に回動自在に支持してあるので、起磁力側から見た磁気回路の磁気抵抗を減らし、磁束量を増やしてトルクを上げることができ、よりいっそう高効率、高トルクな回転駆動を可能とするものである。そして、コイル４の軸方向の両側に設けたヨーク５ａ、５ｂの内周から可動子３側に向けてそれぞれ上記永久磁石２と対向するように磁極部７が突設してあるので、磁極部７がコイル４と可動子３との間に介在されず、したがって、磁極歯部の外周にコイル４を配置する（つまりコイル４内周と可動子３の外周との間に磁極歯部が位置する）従来例に比べてアクチュエータの径を小さくでき、小型化を図ることができるものであり、例えば、電動歯ブラシの駆動部として本発明のアクチュエータを使用することで、電動歯ブラシのアクチュエータを内装する把持部の径を小さくできて、使い勝手を向上することができるものである。
【００１１】
また、コイル４の軸方向の両側に配設した両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７をシャフト１を中心に軸周り方向にずらすことが好ましい。
【００１２】
このようにコイル４の両側に配設した両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７を筒状の固定子６の軸周りにずらすという構成を採用することで、コイル４に電流を印加した時の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるようにできて、簡単な構成で高効率、高トルクのアクチュエータを実現できるものである。
【００１３】
また、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とを軸周り方向において一致させ、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７に対応する永久磁石２の外面の磁極と、上記永久磁石２と軸周りにおいて一致する位置に設けた他方のヨーク５ｂから突設した磁極部７に対応する永久磁石２の外面の磁極の磁性を異ならせることが好ましい。
【００１４】
このような構成とすることで、簡単な構成で、コイル４に電流を印加した時の一方のヨーク５に設けた磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、他方のヨーク５ａに設けた磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるようにできて、高効率、高トルクのアクチュエータを実現できるものである。
【００１５】
また、シャフト１の外周部に磁性体と永久磁石２とを設けると共に磁性体の外面部と永久磁石２の外面部とが軸周り方向に並設していることが好ましい。
【００１６】
このような構成とすることで、永久磁石２の軸周り方向の隣の磁性体の外面部が永久磁石２の外面部の磁極と異なる磁極となって磁石として機能し軸周りに異なる磁極が存在することになり、高価な永久磁石の使用数量を減らすことができて、低コストのアクチュエータを実現できるものである。更に、起磁力側から見た磁気抵抗を低下することができる。
【００１７】
また、磁性体よりなるシールドケース９内に内装した固定子６と、固定子６内に配置される可動子３とを備え、上記可動子３が磁性体よりなるシャフト１に磁極部７を設けて構成され、上記固定子６が上記可動子３を囲むように周方向に巻回されるコイル４と永久磁石２とを有し、磁性体よりなるシャフト１を上記磁性体よりなるシールドケース９の両端部に回動自在に支持し、コイルに電流を印加して可動子をシャフトを中心として所定角度で往復回転運動させるようにしたアクチュエータであって、上記永久磁石２はコイル４の軸方向の両側にそれぞれ設けられると共に永久磁石２はシャフト１の軸方向と交差する方向に着磁されており、磁極部７はシャフト１の軸方向に間隔を隔てた位置からそれぞれ上記コイル４の軸方向の両側に設けた永久磁石２とそれぞれ対向するようにシャフト１から突設され、コイル４に電流を印加した時の軸方向に間隔を隔てた一方の磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の内面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、軸方向に間隔を隔てた他方の磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の内面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるように軸方向の両側の磁極部７の軸周り方向の位置と、永久磁石２の内面の磁極との位置関係を設定して成ることを特徴とするものであってもよい。
【００１８】
このような構成とすることで、シャフト１に軸方向に間隔を隔てて設けた両側の磁極部７のうち一方の磁極部７がＮ極側、他方の磁極部７がＳ極側となり、各磁極部７とこれに対応する永久磁石２の内面側の磁極との磁気的な反発、吸引によりシャフト１が所定角度で往復回転運動を行うのであるが、この場合、コイル４に電流を印加した時の軸方向に間隔を隔てた一方の磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の内面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、軸方向に間隔を隔てた他方の磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の内面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるように軸方向の両側の磁極部７の軸周り方向の位置と、永久磁石２の内面の磁極との位置関係を設定してあることで、可動子３が高効率、高トルクの往復回転駆動を行うことができるものである。また、磁性体よりなるシャフト１を上記磁性体よりなるシールドケース９の両端部に回動自在に支持してあるので、起磁力側から見た磁気回路の磁気抵抗を減らし、磁束量を増やしてトルクを上げることができ、よりいっそう高効率、高トルクな回転駆動を可能とするものである。そして、永久磁石２がコイル４の軸方向の両側にそれぞれ設けられ、永久磁石２がシャフト１の軸方向と交差する方向に着磁されており、磁極部７がシャフト１の軸方向に間隔を隔てた位置からそれぞれ上記コイル４の軸方向の両側に設けた永久磁石２とそれぞれ対向するようにシャフト１から突設してあるので、磁極部７がコイル４と可動子３との間に介在されず、したがって、磁極歯部の外周にコイル４を配置する（つまりコイル４内周と可動子３の外周との間に磁極歯部が位置する）従来例に比べてアクチュエータの径を小さくでき、小型化を図ることができるものであり、また、磁極部７がシャフト１の軸方向に間隔を隔てた位置からそれぞれ上記コイル４の軸方向の両側に設けた永久磁石２とそれぞれ対向するようにシャフト１から突設してあるので、シャフト１から遠い所で力が発生する対向面積を広く取れて大きなトルクを発生させることができる。そして、例えば、電動歯ブラシの駆動部として本発明のアクチュエータを使用することで、電動歯ブラシのアクチュエータを内装する把持部の径を小さくできて、使い勝手を向上することができるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１乃至図４には本発明の一実施形態が示してあり、
アクチュエータは軸周りに回転自在に支持された可動子３と、この可動子３が軸周りに回動自在に挿通される筒状をした固定子６とで構成してある。
【００２１】
図１に示すように、筒状（実施形態では円筒状）をした磁性体よりなるシールドケース９内に筒状をした固定子６を内装してある。固定子６はコイルボビン１０にコイル４を巻装すると共に該コイルボビン１０の両側に内径がコイルボビン１０よりも小径となった筒状をしたヨーク５（ヨーク５ａ、ヨーク５ｂ）を設け、両側のヨーク５ａ、５ｂを磁性体１１で磁気的に接続し、両側のヨーク５ａ、５ｂの内周部からそれぞれ複数の磁極部７を可動子３側に向けて突出することで構成してある。
【００２２】
ここで、図１に示す実施形態においてはコイル４の両側に配置されたヨーク５ａ、５ｂを別体の筒状の磁性体１１で磁気的に接続して両側のヨーク５ａ、５ｂと磁性体１１とで一つのヨーク体を構成しているが、両側のヨーク５ａ、５ｂを磁性体よりなるシールドケース９により磁気的に接続して両側のヨーク５ａ、５ｂとシールドケース９とで一つのヨーク体を形成してもよく、あるいは、両側のヨーク５ａ、５ｂと磁性体１１とが一体化して一体のヨーク体を構成してもよいものである。
【００２３】
図１乃至図３に示す実施形態ではコイル４の両側に配置された各ヨーク５ａ、５ｂの内周部からそれぞれ２個の磁極部７が突出してあり、一方のヨーク５ａに設けた２個の磁極部７は筒状の固定子６の軸周り方向に１８０°離れて位置しており、また、他方のヨーク５ｂに設けた２個の磁極部７は筒状の固定子６の軸周り方向に１８０°離れて位置しており、更に、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とは筒状をした固定子６の軸周り方向においてずれており、本実施形態では一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とは筒状をした固定子６の軸周り方向において９０°ずれている例が示してある。
【００２４】
可動子３はシャフト１の外周部に永久磁石２を設けて構成してある。ここで、本発明においては、磁気抵抗を減らし、磁束量を増やしてトルクを上げ、高効率、高トルクな回転駆動を可能とすることを目的として上記永久磁石２を設けるシャフト１を磁性体により構成してある。可動子３は回転方向に自在に回転できるように筒状をしたシールドケース９の軸方向の両端部に設けた軸受け部１２にシャフト１を回転自在に保持してあって、この可動子３はシールドケース９内において固定子６内に所定のギャップを隔てて挿通してある。また、可動子１は永久磁石２を設けた部分の軸方向における両側をばね等の弾性体１３により連結してあり、可動子３と弾性体１３とでシャフト１を中心とする往復回転運動の振動系を構成している。
【００２５】
永久磁石２はシャフト１の軸周りに複数個設けてあり、複数の永久磁石２はいずれもシャフト１の軸方向と交差する方向の外面と内面とが図２、図３に示すように異極となるように着磁されており、しかも、軸周り方向に隣接する永久磁石２の外面の磁極同士が異極となっている。つまり、軸周り方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁してある。図２、図３に示す実施形態ではシャフト１の外周に軸周り方向に４個の永久磁石２が設けてあり、この４個の永久磁石２はその外面の磁極が交互にＮ極とＳ極となるように着磁してある。
【００２６】
ここで、両ヨーク５ａ、５ｂに設けた磁極部７と、これらの磁極部７と対向する永久磁石２の外面の磁極との関係は以下のように設定してある。すなわち、コイルに４に電流を流した場合に、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７の磁極と、これと対向する可動子３の永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係で可動子と、他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７の磁極と、これと対向する可動子３の永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるように両側のヨーク５ａ、５ｂに設けた磁極部７の軸周り方向の位置と、永久磁石２の外面の磁極との位置関係を設定してある。つまり、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７の磁極と、これと対向する可動子３の永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係により可動子３を軸周り回転させるトルクを発生させる際、他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７の磁極と、これと対向する可動子３の永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係により可動子３を上記と同方向に回転させるトルクを発生させるように、両側のヨーク５ｂに設けた磁極部７と、これにそれぞれ対向する永久磁石２との磁気的関係を設定してある。
【００２７】
次に、図３に基づいて動作原理を説明する。コイル４に一方向の電流を流すとコイル４の軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と、コイル４の軸方向の他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とに異なる極が発生する。例えば、図３のように、軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７にＮ極が生じ、他方側に位置する位置するヨーク５ｂに設けた磁極部７にＳ極が生じたとすると、コイル４の両側の両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７と可動子３の永久磁石２との間には図３（ａ）、（ｂ）に示すようにそれぞれ時計回りのトルクが生じ、可動子３が時計回りに回転する。また、コイル４に他方向の電流を流すとコイル４の軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と、コイル４の軸方向の他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とに異なる極が発生し、コイル４の両側の両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７と可動子３の永久磁石２との間にはそれぞれ上記とは逆の反時計回りのトルクが生じ、可動子３が反時計回りに回転する。したがって、コイル４に交番電流を流すことによって可動子３をシャフトを中心として所定角度で往復回転運動させることができるものである。また、図４にはトルク特性を示しており、図３の状態を角度０°として±４５°での電流を流していない時、一方向の電流を流している時、他方向の電流を流している時のトルクを示しており、角度０°の位置で単位電流当たりのトルクが一番大きくなる。そして、図４においてＭで示す範囲中で本発明における可動子３の往復回転運動する所定角度を設定するものである。
【００２８】
ところで、上記のように、コイル４の軸方向の両側に設けたヨーク５ａ、５ｂの内周から可動子３側に向けてそれぞれ上記永久磁石２と対向するように磁極部７を突設しているので、磁極部７はコイル４と可動子３との間に介在されない構成となっている。この構成により既に述べたコイル４と可動子３の永久磁石との間に磁極部となる磁極歯部を配置する従来例に比べてアクチュエータの径を小さくできるものである。したがって、アクチュエータの小径化、小型化が図れ、アクチュエータを用いた各種電気機器、例えは、本発明のアクチュエータを電動歯ブラシの把持部に内装して電動歯ブラシの駆動源とした場合、把持部の径を小さくできて、電動歯ブラシとしての使い勝手が良くなるものである。
【００２９】
次に、本発明の他の実施形態を図５、図６に基づいて説明する。本実施形態は基本的な構成は前述の図１乃至図４に示す実施形態と同じであるので、重複する説明は省略し、異なる構成につき説明する。
【００３０】
本実施形態においては、コイル４の両側にヨーク５ａ、５ｂを配置し、両側のヨーク５ａ、５ｂの内周部からそれぞれ複数の磁極部７を可動子３側に向けて突出することで固定子６を構成している。ここで、本実施形態では一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とを軸周り方向において一致させてある。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、一方のヨーク５ａの内周から複数の磁極部７が突設してあり（実施形態では４個の磁極部７が軸周り方向に９０°の間隔を隔てて突設してあり）、また、他方のヨーク５ｂの内周から上記一方のヨーク５ａに突設した磁極部７と同数の磁極部７が突設してあり（実施形態では４個の磁極部７が軸周り方向に９０°の間隔を隔てて突設してあり）、図６（ａ）に示す複数の磁極部７と図６（ｂ）に示す複数の磁極部７とは軸周り方向において一致している。
【００３１】
可動子３は磁性体よりなるシャフト１の外周部に永久磁石２を設けて構成してある。本実施形態では、図５、図６に示すように、一方のヨーク５ａに突設した磁極部７と対向するシャフト１の外周部において軸周り方向に複数個（実施形態では８個）の永久磁石２が設けてあり、更に、他方のヨーク５ｂに突設した磁極部７と対向するシャフト１の外周部において軸周り方向に上記とは別の複数個（実施形態では８個）の永久磁石２が設けてある。上記全ての永久磁石２はいずれもシャフト１の軸方向と交差する方向の外面と内面とが図５、図６に示すように異極となるように着磁されており、また、一方のヨーク５ａに突設した磁極部７と対向する複数の永久磁石２は軸周り方向に隣接する永久磁石２の外面の磁極同士が異極となるようにＮ極とＳ極を交互に着磁してあり、更に、他方のヨーク５ｂに突設した磁極部７と対向する複数の永久磁石２は軸周り方向に隣接する永久磁石２の外面の磁極同士が異極となるようにＮ極とＳ極を交互に着磁してあり、更に、軸周り方向において一致する位置において軸方向に隣合う永久磁石２の外面の磁極同士が異極となっている。
【００３２】
このように本実施形態においては、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とを軸周り方向において一致させ、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７に対応する永久磁石２の外面の磁極と、上記永久磁石２と軸周りにおいて一致する位置に設けた他方のヨーク５ｂから突設した磁極部７に対応する永久磁石２の外面の磁極の磁性を異ならせることにより、コイルに４に電流を流した場合に、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７の磁極と、これと対向する可動子３の永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７の磁極と、これと対向する可動子３の永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるように構成している。
【００３３】
本実施形態の動作原理を図６により説明する。コイル４に一方向の電流を流すとコイル４の軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と、コイル４の軸方向の他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とに異なる極が発生する。例えば、図６のように、軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７にＮ極が生じ、他方側に位置するヨーク５ｂに設けた磁極部７にＳ極が生じたとすると、コイル４の両側の両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７とこれらの磁極部７と対向する各永久磁石２との間には図６（ａ）、（ｂ）に示すようにそれぞれ時計回りのトルクが生じ、可動子３が時計回りに回転する。また、コイル４に他方向の電流を流すとコイル４の軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と、コイル４の軸方向の他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とに異なる極が発生し、コイル４の両側の両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７とこれらの磁極部７と対向する各永久磁石２との間にはそれぞれ上記とは逆の反時計回りのトルクが生じ、可動子３が反時計回りに回転する。したがって、コイル４に交番電流を流すことによって可動子３をシャフトを中心として所定角度で往復回転運動させることができるものである。
【００３４】
次に、本発明の更に他の実施形態を図７、図８、図９に基づいて説明する。本実施形態は基本的な構成は前述の図１乃至図４に示す実施形態と同じであるので、重複する説明は省略し、異なる構成につき説明する。
【００３５】
本実施形態においては、固定子６の構成は前述の図１乃至図３に示す実施形態とほぼ同じである（なお、図９においては両側のヨーク５ａ、５ｂの内周からそれぞれ軸周り方向に９０°の間隔を隔てて４つずつの磁極部７を設けている点が図３と異なるが本実施形態において磁極部７の数には限定はない）。
【００３６】
本実施形態において可動子３は、磁性体よりなるシャフト１の外周部には磁性体よりなる磁性部材８を装着すると共に磁性部材８の外周面に周方向に所定間隔（図８、図９では９０°の間隔）で永久磁石２を埋め込んで構成してある。
【００３７】
すなわちシャフト１に被嵌して固着された円筒状をした磁性部材８の外周部の周方向の４箇所に設けた凹部１５に平板状をした棒磁石よりなる永久磁石２が埋設してあって、可動子３の外面には軸周り方向において永久磁石２の外面と磁性部材８の外面とが交互に位置した状態となっており、また、上記永久磁石２はシャフト１と交差する方向の外面と内面とで極が異なるように着磁してあると共に、全ての永久磁石２の外面が同一極となっている。
【００３８】
そして、本実施形態においても、両ヨーク５ａ、５ｂに設けた磁極部７と、これらの磁極部７と対向する永久磁石２の外面の磁極との関係は図１乃至図３に示す実施形態と同様に、コイル４の軸方向の両側に配設した両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７を軸周り方向にずらす構成とすることで、コイルに４に電流を流した場合に、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７の磁極と、これと対向する可動子３の永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７の磁極と、これと対向する可動子３の永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるようにしてある。
【００３９】
本実施形態の動作原理を図９に基づいて説明する。コイル４に一方向の電流を流すとコイル４の軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と、コイル４の軸方向の他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とに異なる極が発生する。例えば、図９のように、軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７にＮ極が生じ、他方側に位置する位置するヨーク５ｂに設けた磁極部７にＳ極が生じたとすると、コイル４の両側の両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７と可動子３の永久磁石２との間には図９（ａ）、（ｂ）に示すようにそれぞれ時計回りのトルクが生じ、可動子３が時計回りに回転する。また、コイル４に他方向の電流を流すとコイル４の軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と、コイル４の軸方向の他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とに異なる極が発生し、コイル４の両側の両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７と可動子３の永久磁石２との間にはそれぞれ上記とは逆の反時計回りのトルクが生じ、可動子３が反時計回りに回転する。したがって、コイル４に交番電流を流すことによって可動子３をシャフトを中心として所定角度で往復回転運動させることができるものである。
【００４０】
上記のような本実施形態においては、永久磁石２の軸周り方向の隣の磁性部材８の外面部が永久磁石２の外面部の磁極と異なる磁極となって磁石として機能して軸周りに異なる磁極が存在することになり、前述の各実施形態のものに比べて高価な永久磁石２の使用数量を減らすことができて、低コストのアクチュエータを実現できるものであり、更に、起磁力側から見た磁気抵抗を低下することができる。
【００４１】
次に、本発明の更に他の実施形態を図１０、図１１に基づいて説明する。
【００４２】
前述の各実施形態では永久磁石２を可動子３側に設け、磁極部７を固定子６側に設けたが、本実施形態においては、永久磁石２を固定子６側に設け、磁極部７を磁性体よりなるシャフト１側に設けた点が上記各実施形態と異なっている。
【００４３】
すなわち、コイル４の軸方向の両側にそれぞれ筒状に永久磁石２を配設して固定子６を構成してある。具体的には図１０、図１１に示すようにコイル４の軸方向の両側においてそれぞれ複数（実施形態では４個の）の断面円弧状をした永久磁石２を軸周り方向に並設して筒状磁石を構成してあり、この両筒状磁石はいずれも内径がコイル４の内径（実際は図示を省略しているがコイルボビンの内径）よりも大きいものである。上記全ての永久磁石２は軸と交差する方向の内面と外面とが異極となるように着磁してある。また、コイル４の軸方向の両側のうち一方側において軸周り方向に並設された複数の永久磁石２は図１１（ａ）のように軸周り方向に隣接する永久磁石２の内面の磁極が異なっている。また、コイル４の軸方向の両側のうち他方側において軸周り方向に並設された複数の永久磁石２は図１１（ｂ）のように軸周り方向に隣接する永久磁石２の内面の磁極が異なっている。そして、図１０、図１１に示す実施形態ではコイル４の軸方向の一方側において軸周り方向に並設した複数の永久磁石２と、コイル４の軸方向の他方側において軸周り方向に並設した複数の永久磁石２とは、軸方向において一致する永久磁石２同士の内面側の磁極が同じとなっている。
【００４４】
磁性体よりなるシャフト１の軸方向に間隔を隔てた位置からそれぞれ上記コイル４の軸方向の両側に設けた永久磁石２とそれぞれ対向するように磁極部７が突設してあり、実施形態においては図１１（ａ）に示すように、コイル４の軸方向の一方側において軸周り方向に並設した複数の永久磁石２よりなる筒状磁石に対応して軸方向と交差する２つの磁極部７が軸周り方向に１８０°の間隔を隔てて突設してあり、また、図１１（ｂ）に示すように、コイル４の軸方向の他方側において軸周り方向に並設した複数の永久磁石２よりなる筒状磁石に対応して軸方向と交差する２つの磁極部７が軸周り方向に１８０°の間隔を隔てて突設してあり、更に、図１１（ａ）に示す磁極部７と図１１（ｂ）に示す磁極部７とは軸周り方向に９０°ずれている。このような構成とすることで、コイル４に電流を印加した時の軸方向に間隔を隔てた一方の磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の内面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、軸方向に間隔を隔てた他方の磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の内面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるようにしてある。
【００４５】
図１１に基づいて本実施形態の動作原理を説明する。コイル４に一方向の電流を流すとコイル４の軸方向の両側に配置した永久磁石２のうち一方の永久磁石２と対向する方の磁極部７と、コイル４の軸方向の両側に配置した永久磁石２のうち他方の永久磁石２と対向する方の磁極部７とに異なる極が発生する。例えば、図１１（ａ）の磁極部７にＮ極が生じ、他方側に位置する位置する図１１（ｂ）の磁極部７にＳ極が生じたとすると、コイル４の両側の両永久磁石２とこれらの永久磁石２と対向する各磁極部７との間には図１１（ａ）、（ｂ）に示すようにそれぞれ時計回りのトルクが生じ、可動子３が時計回りに回転する。また、コイル４に他方向の電流を流すと上記両側の磁極部７にそれぞれ上記とは逆の極が発生し、図１１（ａ）、（ｂ）の矢印とは逆の反時計回りのトルクが生じ、可動子３が反時計回りに回転する。したがって、コイル４に交番電流を流すことによって可動子３をシャフトを中心として所定角度で往復回転運動させることができるものである。
【００４６】
本実施形態においては、永久磁石２をコイル４の軸方向の両側にそれぞれ設け、永久磁石２をシャフト１の軸方向と交差する方向に着磁し、磁極部７をシャフト１の軸方向に間隔を隔てた位置からそれぞれ上記コイル４の軸方向の両側に設けた永久磁石２とそれぞれ対向するようにシャフト１から突設するので、磁極部７がコイル４と可動子３との間に介在されない構成となっている。この構成により既に述べたコイル４と可動子３の永久磁石との間に磁極部となる磁極歯部を配置する従来例に比べてアクチュエータの径を小さくでき、したがって、アクチュエータの小径化、小型化が図れるものである。また、磁極部７がシャフト１の軸方向に間隔を隔てた位置からそれぞれ上記コイル４の軸方向の両側に設けた永久磁石２とそれぞれ対向するようにシャフト１から突設してあるので、シャフト１から遠い所で力が発生する対向面積を広く取れて大きなトルクを発生させることができる。
【００４７】
そして、本実施形態のアクチュエータを用いた各種電気機器、例えは、本発明のアクチュエータを電動歯ブラシの把持部に内装して電動歯ブラシの駆動源とした場合、把持部の径を小さくできて、電動歯ブラシとしての使い勝手が良くなるものである。
【００４８】
なお、軸方向の一方側における磁極部７と永久磁石２との磁気的関係、軸方向の他方側における磁極部７と永久磁石２との磁気的関係が、軸方向の一方側において磁極部７と永久磁石２との間に一方向に回転するトルクが発生し、軸方向の他方側において磁極部７と永久磁石２との間に反対方向に回転するトルクが発生するようになっていても、一方向又は逆方向に回転するトルクのうち何れか一方が大で他方が小となる関係となっている場合も、大きなトルクが発生する方に回動して往復回転運動を行うことができる。
【００４９】
【発明の効果】
上記のように本発明の振動型アクチュエータにおいては、磁極部がコイルと可動子との間に介在されず、従来のようにコイル内周と可動子の外周との間に磁極歯部が位置するものに比べてアクチュエータの径を小さくできて小型化を図ることができ、また、可動子を高効率、高トルクで往復回転駆動を行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアクチュエータの全体構造を示す断面図である。
【図２】同上のアクチュエータの要部を軸方向と平行な方向で破断した斜視図である。
【図３】同上の動作原理のための説明図であり、（ａ）は一方のヨークに設けた磁極部と可動子の永久磁石との関係を示す断面図であり、（ｂ）は他方のヨークに設けた磁極部と可動子の永久磁石との関係を示す断面図である。
【図４】同上のトルク特性を示すグラフである。
【図５】同上の他の実施形態のアクチュエータの要部を軸方向と平行な方向で破断した斜視図である。
【図６】同上の動作原理のための説明図であり、（ａ）は一方のヨークに設けた磁極部と可動子の永久磁石との関係を示す断面図であり、（ｂ）は他方のヨークに設けた磁極部と可動子の永久磁石との関係を示す断面図である。
【図７】同上の更に他の実施形態のアクチュエータの全体構造を示す断面図である。
【図８】同上の他の実施形態のアクチュエータの要部を軸方向と平行な方向で破断した斜視図である。
【図９】同上の動作原理のための説明図であり、（ａ）は一方のヨークに設けた磁極部と可動子の永久磁石との関係を示す断面図であり、（ｂ）は他方のヨークに設けた磁極部と可動子の永久磁石との関係を示す断面図である。
【図１０】同上の更に他の実施形態のアクチュエータの要部を軸方向と平行な方向で破断した斜視図である。
【図１１】同上の動作原理のための説明図であり、（ａ）は一方のヨークに設けた磁極部と可動子の永久磁石との関係を示す断面図であり、（ｂ）は他方のヨークに設けた磁極部と可動子の永久磁石との関係を示す断面図である。
【符号の説明】
１ シャフト
２ 永久磁石
３ 可動子
４ コイル
５ ヨーク
６ 固定子
７ 磁極部
８ 磁性体
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定角度範囲で正逆回転して往復回転駆動を行うためのアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から所定角度範囲で正逆回転して往復回転駆動を行うためのアクチュエータとして特許文献１が知られている。
【０００３】
この特許文献１に示された従来例は、シャフトと一体化した円周方向にＮ極とＳ極が順に着磁された永久磁石を有する可動子と、該可動子と同心円状に配置された一対のヨーク及びコイルを有する固定子とでアクチュエータを構成しており、一対のヨークからそれぞれ磁極歯部をシャフトと平行に突出させてこの両ヨークから突出させた磁極歯部の先端部を相手方のヨークに対向するように配置し、該磁極歯部の外側にコイルを配置している。
【０００４】
このような構成の特許文献１に示されたアクチュエータはコイルと可動子との間に磁極歯部が介在しているので、磁極歯部の分だけアクチュエータ全体の径が大きくなるという問題がある。このため、例えば、電動歯ブラシの駆動部としてアクチュエータを用いようとしても、電動歯ブラシの把持部となるハウジング内にアクチュエータを内装しようとすると、把持部の径が大きくなって、電動歯ブラシとしての使い勝手が悪くなってしまうという問題がある。このことは他の電気機器にアクチュエータを内装した場合も同様であり、アクチュエータを組込んだ電気機器の小型化の障害となっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−０３７１９２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、磁気回路を利用した往復回転駆動をするアクチュエータの径を小さくできて小型化が実現できるアクチュエータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係るアクチュエータは、磁性体よりなるシールドケース９内に内装した固定子６と、固定子６内に配置される可動子３とを備え、上記可動子３が磁性体よりなるシャフト１に永久磁石２を設けて構成され、上記固定子６が上記可動子３を囲むように周方向に巻回されるコイル４と筒状の磁性体よりなるヨーク５を有し、磁性体よりなるシャフト１を上記磁性体よりなるシールドケース９の両端部に回動自在に支持し、コイル４に電流を印加して可動子３をシャフト１を中心として所定角度で往復回転運動させるようにしたアクチュエータであって、上記永久磁石２はシャフト１の軸方向と交差する方向に着磁されており、上記ヨーク５はコイル４の軸方向の両側に設けられると共に軸方向の両側のヨーク５の内周面から可動子３側に向けてそれぞれ上記永久磁石２と対向するように磁極部７が突設され、コイル４に電流を印加した時の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるように両側のヨーク５ａ、５ｂに設けた磁極部７の軸周り方向の位置と、永久磁石２の外面の磁極との位置関係を設定して成ることを特徴とするものである。
【０００８】
このような構成とすることで、コイル４に一方向の電流を流すと一方のヨーク５ａの磁極部７がＮ極側、他方のヨーク５ｂの磁極部７がＳ極側となり、各磁極部７とこれに対応する永久磁石２の外面側の磁極との磁気的な反発、吸引によりシャフト１が所定角度で往復回転運動を行うのであるが、この場合、コイル４に電流を印加した時の一方のヨーク５に設けた磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、他方のヨーク５に設けた磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるように両側のヨーク５ａ、５ｂに設けた磁極部７の軸周り方向の位置と、永久磁石２の外面の磁極との位置関係を設定してあることで、可動子３が高効率、高トルクの往復回転駆動を行うことができるものである。また、磁性体よりなるシャフト１を上記磁性体よりなるシールドケース９の両端部に回動自在に支持してあるので、起磁力側から見た磁気回路の磁気抵抗を減らし、磁束量を増やしてトルクを上げることができ、よりいっそう高効率、高トルクな回転駆動を可能とするものである。そして、コイル４の軸方向の両側に設けたヨーク５ａ、５ｂの内周から可動子３側に向けてそれぞれ上記永久磁石２と対向するように磁極部７が突設してあるので、磁極部７がコイル４と可動子３との間に介在されず、したがって、磁極歯部の外周にコイル４を配置する（つまりコイル４内周と可動子３の外周との間に磁極歯部が位置する）従来例に比べてアクチュエータの径を小さくでき、小型化を図ることができるものであり、例えば、電動歯ブラシの駆動部として本発明のアクチュエータを使用することで、電動歯ブラシのアクチュエータを内装する把持部の径を小さくできて、使い勝手を向上することができるものである。
【００１１】
また、コイル４の軸方向の両側に配設した両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７をシャフト１を中心に軸周り方向にずらすことが好ましい。
【００１２】
このようにコイル４の両側に配設した両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７を筒状の固定子６の軸周りにずらすという構成を採用することで、コイル４に電流を印加した時の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるようにできて、簡単な構成で高効率、高トルクのアクチュエータを実現できるものである。
【００１３】
また、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とを軸周り方向において一致させ、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７に対応する永久磁石２の外面の磁極と、上記永久磁石２と軸周りにおいて一致する位置に設けた他方のヨーク５ｂから突設した磁極部７に対応する永久磁石２の外面の磁極の磁性を異ならせることが好ましい。
【００１４】
このような構成とすることで、簡単な構成で、コイル４に電流を印加した時の一方のヨーク５に設けた磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、他方のヨーク５ａに設けた磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるようにできて、高効率、高トルクのアクチュエータを実現できるものである。
【００１５】
また、シャフト１の外周部に磁性体と永久磁石２とを設けると共に磁性体の外面部と永久磁石２の外面部とが軸周り方向に並設していることが好ましい。
【００１６】
このような構成とすることで、永久磁石２の軸周り方向の隣の磁性体の外面部が永久磁石２の外面部の磁極と異なる磁極となって磁石として機能し軸周りに異なる磁極が存在することになり、高価な永久磁石の使用数量を減らすことができて、低コストのアクチュエータを実現できるものである。更に、起磁力側から見た磁気抵抗を低下することができる。
【００１７】
また、磁性体よりなるシールドケース９内に内装した固定子６と、固定子６内に配置される可動子３とを備え、上記可動子３が磁性体よりなるシャフト１に磁極部７を設けて構成され、上記固定子６が上記可動子３を囲むように周方向に巻回されるコイル４と永久磁石２とを有し、磁性体よりなるシャフト１を上記磁性体よりなるシールドケース９の両端部に回動自在に支持し、コイルに電流を印加して可動子をシャフトを中心として所定角度で往復回転運動させるようにしたアクチュエータであって、上記永久磁石２はコイル４の軸方向の両側にそれぞれ設けられると共に永久磁石２はシャフト１の軸方向と交差する方向に着磁されており、磁極部７はシャフト１の軸方向に間隔を隔てた位置からそれぞれ上記コイル４の軸方向の両側に設けた永久磁石２とそれぞれ対向するようにシャフト１から突設され、コイル４に電流を印加した時の軸方向に間隔を隔てた一方の磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の内面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、軸方向に間隔を隔てた他方の磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の内面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるように軸方向の両側の磁極部７の軸周り方向の位置と、永久磁石２の内面の磁極との位置関係を設定して成ることを特徴とするものであってもよい。
【００１８】
このような構成とすることで、シャフト１に軸方向に間隔を隔てて設けた両側の磁極部７のうち一方の磁極部７がＮ極側、他方の磁極部７がＳ極側となり、各磁極部７とこれに対応する永久磁石２の内面側の磁極との磁気的な反発、吸引によりシャフト１が所定角度で往復回転運動を行うのであるが、この場合、コイル４に電流を印加した時の軸方向に間隔を隔てた一方の磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の内面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、軸方向に間隔を隔てた他方の磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の内面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるように軸方向の両側の磁極部７の軸周り方向の位置と、永久磁石２の内面の磁極との位置関係を設定してあることで、可動子３が高効率、高トルクの往復回転駆動を行うことができるものである。また、磁性体よりなるシャフト１を上記磁性体よりなるシールドケース９の両端部に回動自在に支持してあるので、起磁力側から見た磁気回路の磁気抵抗を減らし、磁束量を増やしてトルクを上げることができ、よりいっそう高効率、高トルクな回転駆動を可能とするものである。そして、永久磁石２がコイル４の軸方向の両側にそれぞれ設けられ、永久磁石２がシャフト１の軸方向と交差する方向に着磁されており、磁極部７がシャフト１の軸方向に間隔を隔てた位置からそれぞれ上記コイル４の軸方向の両側に設けた永久磁石２とそれぞれ対向するようにシャフト１から突設してあるので、磁極部７がコイル４と可動子３との間に介在されず、したがって、磁極歯部の外周にコイル４を配置する（つまりコイル４内周と可動子３の外周との間に磁極歯部が位置する）従来例に比べてアクチュエータの径を小さくでき、小型化を図ることができるものであり、また、磁極部７がシャフト１の軸方向に間隔を隔てた位置からそれぞれ上記コイル４の軸方向の両側に設けた永久磁石２とそれぞれ対向するようにシャフト１から突設してあるので、シャフト１から遠い所で力が発生する対向面積を広く取れて大きなトルクを発生させることができる。そして、例えば、電動歯ブラシの駆動部として本発明のアクチュエータを使用することで、電動歯ブラシのアクチュエータを内装する把持部の径を小さくできて、使い勝手を向上することができるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１乃至図４には本発明の一実施形態が示してあり、
アクチュエータは軸周りに回転自在に支持された可動子３と、この可動子３が軸周りに回動自在に挿通される筒状をした固定子６とで構成してある。
【００２１】
図１に示すように、筒状（実施形態では円筒状）をした磁性体よりなるシールドケース９内に筒状をした固定子６を内装してある。固定子６はコイルボビン１０にコイル４を巻装すると共に該コイルボビン１０の両側に内径がコイルボビン１０よりも小径となった筒状をしたヨーク５（ヨーク５ａ、ヨーク５ｂ）を設け、両側のヨーク５ａ、５ｂを磁性体１１で磁気的に接続し、両側のヨーク５ａ、５ｂの内周部からそれぞれ複数の磁極部７を可動子３側に向けて突出することで構成してある。
【００２２】
ここで、図１に示す実施形態においてはコイル４の両側に配置されたヨーク５ａ、５ｂを別体の筒状の磁性体１１で磁気的に接続して両側のヨーク５ａ、５ｂと磁性体１１とで一つのヨーク体を構成しているが、両側のヨーク５ａ、５ｂを磁性体よりなるシールドケース９により磁気的に接続して両側のヨーク５ａ、５ｂとシールドケース９とで一つのヨーク体を形成してもよく、あるいは、両側のヨーク５ａ、５ｂと磁性体１１とが一体化して一体のヨーク体を構成してもよいものである。
【００２３】
図１乃至図３に示す実施形態ではコイル４の両側に配置された各ヨーク５ａ、５ｂの内周部からそれぞれ２個の磁極部７が突出してあり、一方のヨーク５ａに設けた２個の磁極部７は筒状の固定子６の軸周り方向に１８０°離れて位置しており、また、他方のヨーク５ｂに設けた２個の磁極部７は筒状の固定子６の軸周り方向に１８０°離れて位置しており、更に、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とは筒状をした固定子６の軸周り方向においてずれており、本実施形態では一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とは筒状をした固定子６の軸周り方向において９０°ずれている例が示してある。
【００２４】
可動子３はシャフト１の外周部に永久磁石２を設けて構成してある。ここで、本発明においては、磁気抵抗を減らし、磁束量を増やしてトルクを上げ、高効率、高トルクな回転駆動を可能とすることを目的として上記永久磁石２を設けるシャフト１を磁性体により構成してある。可動子３は回転方向に自在に回転できるように筒状をしたシールドケース９の軸方向の両端部に設けた軸受け部１２にシャフト１を回転自在に保持してあって、この可動子３はシールドケース９内において固定子６内に所定のギャップを隔てて挿通してある。また、可動子１は永久磁石２を設けた部分の軸方向における両側をばね等の弾性体１３により連結してあり、可動子３と弾性体１３とでシャフト１を中心とする往復回転運動の振動系を構成している。
【００２５】
永久磁石２はシャフト１の軸周りに複数個設けてあり、複数の永久磁石２はいずれもシャフト１の軸方向と交差する方向の外面と内面とが図２、図３に示すように異極となるように着磁されており、しかも、軸周り方向に隣接する永久磁石２の外面の磁極同士が異極となっている。つまり、軸周り方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁してある。図２、図３に示す実施形態ではシャフト１の外周に軸周り方向に４個の永久磁石２が設けてあり、この４個の永久磁石２はその外面の磁極が交互にＮ極とＳ極となるように着磁してある。
【００２６】
ここで、両ヨーク５ａ、５ｂに設けた磁極部７と、これらの磁極部７と対向する永久磁石２の外面の磁極との関係は以下のように設定してある。すなわち、コイルに４に電流を流した場合に、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７の磁極と、これと対向する可動子３の永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係で可動子と、他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７の磁極と、これと対向する可動子３の永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるように両側のヨーク５ａ、５ｂに設けた磁極部７の軸周り方向の位置と、永久磁石２の外面の磁極との位置関係を設定してある。つまり、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７の磁極と、これと対向する可動子３の永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係により可動子３を軸周り回転させるトルクを発生させる際、他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７の磁極と、これと対向する可動子３の永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係により可動子３を上記と同方向に回転させるトルクを発生させるように、両側のヨーク５ｂに設けた磁極部７と、これにそれぞれ対向する永久磁石２との磁気的関係を設定してある。
【００２７】
次に、図３に基づいて動作原理を説明する。コイル４に一方向の電流を流すとコイル４の軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と、コイル４の軸方向の他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とに異なる極が発生する。例えば、図３のように、軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７にＮ極が生じ、他方側に位置する位置するヨーク５ｂに設けた磁極部７にＳ極が生じたとすると、コイル４の両側の両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７と可動子３の永久磁石２との間には図３（ａ）、（ｂ）に示すようにそれぞれ時計回りのトルクが生じ、可動子３が時計回りに回転する。また、コイル４に他方向の電流を流すとコイル４の軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と、コイル４の軸方向の他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とに異なる極が発生し、コイル４の両側の両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７と可動子３の永久磁石２との間にはそれぞれ上記とは逆の反時計回りのトルクが生じ、可動子３が反時計回りに回転する。したがって、コイル４に交番電流を流すことによって可動子３をシャフトを中心として所定角度で往復回転運動させることができるものである。また、図４にはトルク特性を示しており、図３の状態を角度０°として±４５°での電流を流していない時、一方向の電流を流している時、他方向の電流を流している時のトルクを示しており、角度０°の位置で単位電流当たりのトルクが一番大きくなる。そして、図４においてＭで示す範囲中で本発明における可動子３の往復回転運動する所定角度を設定するものである。
【００２８】
ところで、上記のように、コイル４の軸方向の両側に設けたヨーク５ａ、５ｂの内周から可動子３側に向けてそれぞれ上記永久磁石２と対向するように磁極部７を突設しているので、磁極部７はコイル４と可動子３との間に介在されない構成となっている。この構成により既に述べたコイル４と可動子３の永久磁石との間に磁極部となる磁極歯部を配置する従来例に比べてアクチュエータの径を小さくできるものである。したがって、アクチュエータの小径化、小型化が図れ、アクチュエータを用いた各種電気機器、例えは、本発明のアクチュエータを電動歯ブラシの把持部に内装して電動歯ブラシの駆動源とした場合、把持部の径を小さくできて、電動歯ブラシとしての使い勝手が良くなるものである。
【００２９】
次に、本発明の他の実施形態を図５、図６に基づいて説明する。本実施形態は基本的な構成は前述の図１乃至図４に示す実施形態と同じであるので、重複する説明は省略し、異なる構成につき説明する。
【００３０】
本実施形態においては、コイル４の両側にヨーク５ａ、５ｂを配置し、両側のヨーク５ａ、５ｂの内周部からそれぞれ複数の磁極部７を可動子３側に向けて突出することで固定子６を構成している。ここで、本実施形態では一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とを軸周り方向において一致させてある。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、一方のヨーク５ａの内周から複数の磁極部７が突設してあり（実施形態では４個の磁極部７が軸周り方向に９０°の間隔を隔てて突設してあり）、また、他方のヨーク５ｂの内周から上記一方のヨーク５ａに突設した磁極部７と同数の磁極部７が突設してあり（実施形態では４個の磁極部７が軸周り方向に９０°の間隔を隔てて突設してあり）、図６（ａ）に示す複数の磁極部７と図６（ｂ）に示す複数の磁極部７とは軸周り方向において一致している。
【００３１】
可動子３は磁性体よりなるシャフト１の外周部に永久磁石２を設けて構成してある。本実施形態では、図５、図６に示すように、一方のヨーク５ａに突設した磁極部７と対向するシャフト１の外周部において軸周り方向に複数個（実施形態では８個）の永久磁石２が設けてあり、更に、他方のヨーク５ｂに突設した磁極部７と対向するシャフト１の外周部において軸周り方向に上記とは別の複数個（実施形態では８個）の永久磁石２が設けてある。上記全ての永久磁石２はいずれもシャフト１の軸方向と交差する方向の外面と内面とが図５、図６に示すように異極となるように着磁されており、また、一方のヨーク５ａに突設した磁極部７と対向する複数の永久磁石２は軸周り方向に隣接する永久磁石２の外面の磁極同士が異極となるようにＮ極とＳ極を交互に着磁してあり、更に、他方のヨーク５ｂに突設した磁極部７と対向する複数の永久磁石２は軸周り方向に隣接する永久磁石２の外面の磁極同士が異極となるようにＮ極とＳ極を交互に着磁してあり、更に、軸周り方向において一致する位置において軸方向に隣合う永久磁石２の外面の磁極同士が異極となっている。
【００３２】
このように本実施形態においては、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とを軸周り方向において一致させ、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７に対応する永久磁石２の外面の磁極と、上記永久磁石２と軸周りにおいて一致する位置に設けた他方のヨーク５ｂから突設した磁極部７に対応する永久磁石２の外面の磁極の磁性を異ならせることにより、コイルに４に電流を流した場合に、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７の磁極と、これと対向する可動子３の永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７の磁極と、これと対向する可動子３の永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるように構成している。
【００３３】
本実施形態の動作原理を図６により説明する。コイル４に一方向の電流を流すとコイル４の軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と、コイル４の軸方向の他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とに異なる極が発生する。例えば、図６のように、軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７にＮ極が生じ、他方側に位置するヨーク５ｂに設けた磁極部７にＳ極が生じたとすると、コイル４の両側の両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７とこれらの磁極部７と対向する各永久磁石２との間には図６（ａ）、（ｂ）に示すようにそれぞれ時計回りのトルクが生じ、可動子３が時計回りに回転する。また、コイル４に他方向の電流を流すとコイル４の軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と、コイル４の軸方向の他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とに異なる極が発生し、コイル４の両側の両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７とこれらの磁極部７と対向する各永久磁石２との間にはそれぞれ上記とは逆の反時計回りのトルクが生じ、可動子３が反時計回りに回転する。したがって、コイル４に交番電流を流すことによって可動子３をシャフトを中心として所定角度で往復回転運動させることができるものである。
【００３４】
次に、本発明の更に他の実施形態を図７、図８、図９に基づいて説明する。本実施形態は基本的な構成は前述の図１乃至図４に示す実施形態と同じであるので、重複する説明は省略し、異なる構成につき説明する。
【００３５】
本実施形態においては、固定子６の構成は前述の図１乃至図３に示す実施形態とほぼ同じである（なお、図９においては両側のヨーク５ａ、５ｂの内周からそれぞれ軸周り方向に９０°の間隔を隔てて４つずつの磁極部７を設けている点が図３と異なるが本実施形態において磁極部７の数には限定はない）。
【００３６】
本実施形態において可動子３は、磁性体よりなるシャフト１の外周部には磁性体よりなる磁性部材８を装着すると共に磁性部材８の外周面に周方向に所定間隔（図８、図９では９０°の間隔）で永久磁石２を埋め込んで構成してある。
【００３７】
すなわちシャフト１に被嵌して固着された円筒状をした磁性部材８の外周部の周方向の４箇所に設けた凹部１５に平板状をした棒磁石よりなる永久磁石２が埋設してあって、可動子３の外面には軸周り方向において永久磁石２の外面と磁性部材８の外面とが交互に位置した状態となっており、また、上記永久磁石２はシャフト１と交差する方向の外面と内面とで極が異なるように着磁してあると共に、全ての永久磁石２の外面が同一極となっている。
【００３８】
そして、本実施形態においても、両ヨーク５ａ、５ｂに設けた磁極部７と、これらの磁極部７と対向する永久磁石２の外面の磁極との関係は図１乃至図３に示す実施形態と同様に、コイル４の軸方向の両側に配設した両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７を軸周り方向にずらす構成とすることで、コイルに４に電流を流した場合に、一方のヨーク５ａに設けた磁極部７の磁極と、これと対向する可動子３の永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７の磁極と、これと対向する可動子３の永久磁石２の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるようにしてある。
【００３９】
本実施形態の動作原理を図９に基づいて説明する。コイル４に一方向の電流を流すとコイル４の軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と、コイル４の軸方向の他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とに異なる極が発生する。例えば、図９のように、軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７にＮ極が生じ、他方側に位置する位置するヨーク５ｂに設けた磁極部７にＳ極が生じたとすると、コイル４の両側の両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７と可動子３の永久磁石２との間には図９（ａ）、（ｂ）に示すようにそれぞれ時計回りのトルクが生じ、可動子３が時計回りに回転する。また、コイル４に他方向の電流を流すとコイル４の軸方向の一方のヨーク５ａに設けた磁極部７と、コイル４の軸方向の他方のヨーク５ｂに設けた磁極部７とに異なる極が発生し、コイル４の両側の両ヨーク５ａ、５ｂにそれぞれ設けた磁極部７と可動子３の永久磁石２との間にはそれぞれ上記とは逆の反時計回りのトルクが生じ、可動子３が反時計回りに回転する。したがって、コイル４に交番電流を流すことによって可動子３をシャフトを中心として所定角度で往復回転運動させることができるものである。
【００４０】
上記のような本実施形態においては、永久磁石２の軸周り方向の隣の磁性部材８の外面部が永久磁石２の外面部の磁極と異なる磁極となって磁石として機能して軸周りに異なる磁極が存在することになり、前述の各実施形態のものに比べて高価な永久磁石２の使用数量を減らすことができて、低コストのアクチュエータを実現できるものであり、更に、起磁力側から見た磁気抵抗を低下することができる。
【００４１】
次に、本発明の更に他の実施形態を図１０、図１１に基づいて説明する。
【００４２】
前述の各実施形態では永久磁石２を可動子３側に設け、磁極部７を固定子６側に設けたが、本実施形態においては、永久磁石２を固定子６側に設け、磁極部７を磁性体よりなるシャフト１側に設けた点が上記各実施形態と異なっている。
【００４３】
すなわち、コイル４の軸方向の両側にそれぞれ筒状に永久磁石２を配設して固定子６を構成してある。具体的には図１０、図１１に示すようにコイル４の軸方向の両側においてそれぞれ複数（実施形態では４個の）の断面円弧状をした永久磁石２を軸周り方向に並設して筒状磁石を構成してあり、この両筒状磁石はいずれも内径がコイル４の内径（実際は図示を省略しているがコイルボビンの内径）よりも大きいものである。上記全ての永久磁石２は軸と交差する方向の内面と外面とが異極となるように着磁してある。また、コイル４の軸方向の両側のうち一方側において軸周り方向に並設された複数の永久磁石２は図１１（ａ）のように軸周り方向に隣接する永久磁石２の内面の磁極が異なっている。また、コイル４の軸方向の両側のうち他方側において軸周り方向に並設された複数の永久磁石２は図１１（ｂ）のように軸周り方向に隣接する永久磁石２の内面の磁極が異なっている。そして、図１０、図１１に示す実施形態ではコイル４の軸方向の一方側において軸周り方向に並設した複数の永久磁石２と、コイル４の軸方向の他方側において軸周り方向に並設した複数の永久磁石２とは、軸方向において一致する永久磁石２同士の内面側の磁極が同じとなっている。
【００４４】
磁性体よりなるシャフト１の軸方向に間隔を隔てた位置からそれぞれ上記コイル４の軸方向の両側に設けた永久磁石２とそれぞれ対向するように磁極部７が突設してあり、実施形態においては図１１（ａ）に示すように、コイル４の軸方向の一方側において軸周り方向に並設した複数の永久磁石２よりなる筒状磁石に対応して軸方向と交差する２つの磁極部７が軸周り方向に１８０°の間隔を隔てて突設してあり、また、図１１（ｂ）に示すように、コイル４の軸方向の他方側において軸周り方向に並設した複数の永久磁石２よりなる筒状磁石に対応して軸方向と交差する２つの磁極部７が軸周り方向に１８０°の間隔を隔てて突設してあり、更に、図１１（ａ）に示す磁極部７と図１１（ｂ）に示す磁極部７とは軸周り方向に９０°ずれている。このような構成とすることで、コイル４に電流を印加した時の軸方向に間隔を隔てた一方の磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の内面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、軸方向に間隔を隔てた他方の磁極部７の磁極と、これに対応する永久磁石２の内面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるようにしてある。
【００４５】
図１１に基づいて本実施形態の動作原理を説明する。コイル４に一方向の電流を流すとコイル４の軸方向の両側に配置した永久磁石２のうち一方の永久磁石２と対向する方の磁極部７と、コイル４の軸方向の両側に配置した永久磁石２のうち他方の永久磁石２と対向する方の磁極部７とに異なる極が発生する。例えば、図１１（ａ）の磁極部７にＮ極が生じ、他方側に位置する位置する図１１（ｂ）の磁極部７にＳ極が生じたとすると、コイル４の両側の両永久磁石２とこれらの永久磁石２と対向する各磁極部７との間には図１１（ａ）、（ｂ）に示すようにそれぞれ時計回りのトルクが生じ、可動子３が時計回りに回転する。また、コイル４に他方向の電流を流すと上記両側の磁極部７にそれぞれ上記とは逆の極が発生し、図１１（ａ）、（ｂ）の矢印とは逆の反時計回りのトルクが生じ、可動子３が反時計回りに回転する。したがって、コイル４に交番電流を流すことによって可動子３をシャフトを中心として所定角度で往復回転運動させることができるものである。
【００４６】
本実施形態においては、永久磁石２をコイル４の軸方向の両側にそれぞれ設け、永久磁石２をシャフト１の軸方向と交差する方向に着磁し、磁極部７をシャフト１の軸方向に間隔を隔てた位置からそれぞれ上記コイル４の軸方向の両側に設けた永久磁石２とそれぞれ対向するようにシャフト１から突設するので、磁極部７がコイル４と可動子３との間に介在されない構成となっている。この構成により既に述べたコイル４と可動子３の永久磁石との間に磁極部となる磁極歯部を配置する従来例に比べてアクチュエータの径を小さくでき、したがって、アクチュエータの小径化、小型化が図れるものである。また、磁極部７がシャフト１の軸方向に間隔を隔てた位置からそれぞれ上記コイル４の軸方向の両側に設けた永久磁石２とそれぞれ対向するようにシャフト１から突設してあるので、シャフト１から遠い所で力が発生する対向面積を広く取れて大きなトルクを発生させることができる。
【００４７】
そして、本実施形態のアクチュエータを用いた各種電気機器、例えは、本発明のアクチュエータを電動歯ブラシの把持部に内装して電動歯ブラシの駆動源とした場合、把持部の径を小さくできて、電動歯ブラシとしての使い勝手が良くなるものである。
【００４８】
なお、軸方向の一方側における磁極部７と永久磁石２との磁気的関係、軸方向の他方側における磁極部７と永久磁石２との磁気的関係が、軸方向の一方側において磁極部７と永久磁石２との間に一方向に回転するトルクが発生し、軸方向の他方側において磁極部７と永久磁石２との間に反対方向に回転するトルクが発生するようになっていても、一方向又は逆方向に回転するトルクのうち何れか一方が大で他方が小となる関係となっている場合も、大きなトルクが発生する方に回動して往復回転運動を行うことができる。
【００４９】
【発明の効果】
上記のように本発明の振動型アクチュエータにおいては、磁極部がコイルと可動子との間に介在されず、従来のようにコイル内周と可動子の外周との間に磁極歯部が位置するものに比べてアクチュエータの径を小さくできて小型化を図ることができ、また、可動子を高効率、高トルクで往復回転駆動を行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアクチュエータの全体構造を示す断面図である。
【図２】同上のアクチュエータの要部を軸方向と平行な方向で破断した斜視図である。
【図３】同上の動作原理のための説明図であり、（ａ）は一方のヨークに設けた磁極部と可動子の永久磁石との関係を示す断面図であり、（ｂ）は他方のヨークに設けた磁極部と可動子の永久磁石との関係を示す断面図である。
【図４】同上のトルク特性を示すグラフである。
【図５】同上の他の実施形態のアクチュエータの要部を軸方向と平行な方向で破断した斜視図である。
【図６】同上の動作原理のための説明図であり、（ａ）は一方のヨークに設けた磁極部と可動子の永久磁石との関係を示す断面図であり、（ｂ）は他方のヨークに設けた磁極部と可動子の永久磁石との関係を示す断面図である。
【図７】同上の更に他の実施形態のアクチュエータの全体構造を示す断面図である。
【図８】同上の他の実施形態のアクチュエータの要部を軸方向と平行な方向で破断した斜視図である。
【図９】同上の動作原理のための説明図であり、（ａ）は一方のヨークに設けた磁極部と可動子の永久磁石との関係を示す断面図であり、（ｂ）は他方のヨークに設けた磁極部と可動子の永久磁石との関係を示す断面図である。
【図１０】同上の更に他の実施形態のアクチュエータの要部を軸方向と平行な方向で破断した斜視図である。
【図１１】同上の動作原理のための説明図であり、（ａ）は一方のヨークに設けた磁極部と可動子の永久磁石との関係を示す断面図であり、（ｂ）は他方のヨークに設けた磁極部と可動子の永久磁石との関係を示す断面図である。
【符号の説明】
１ シャフト
２ 永久磁石
３ 可動子
４ コイル
５ ヨーク
６ 固定子
７ 磁極部
８ 磁性体
Claims (5)
- 磁性体よりなるシールドケース内に内装した固定子と、固定子内に配置される可動子とを備え、上記可動子が磁性体よりなるシャフトに永久磁石を設けて構成され、上記固定子が上記可動子を囲むように周方向に巻回されるコイルと筒状の磁性体よりなるヨークを有し、磁性体よりなるシャフトを上記磁性体よりなるシールドケースの両端部に回動自在に支持し、コイルに電流を印加して可動子をシャフトを中心として所定角度で往復回転運動させるようにしたアクチュエータであって、上記永久磁石はシャフトの軸方向と交差する方向に着磁されており、上記ヨークはコイルの軸方向の両側に設けられると共に軸方向の両側のヨークの内周面から可動子側に向けてそれぞれ上記永久磁石と対向するように磁極部が突設され、コイルに電流を印加した時の一方のヨークに設けた磁極部の磁極と、これに対応する永久磁石の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、他方のヨークに設けた磁極部の磁極と、これに対応する永久磁石の外面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるように両側のヨークに設けた磁極部の軸周り方向の位置と、永久磁石の外面の磁極との位置関係を設定して成ることを特徴とするアクチュエータ。
- コイルの軸方向の両側に配設した両ヨークにそれぞれ設けた磁極部をシャフトを中心に軸周り方向にずらして成ることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
- 一方のヨークに設けた磁極部と他方のヨークに設けた磁極部とを軸周り方向において一致させ、一方のヨークに設けた磁極部に対応する永久磁石の外面の磁極と、上記永久磁石と軸周りにおいて一致する位置に設けた他方のヨークから突設した磁極部に対応する永久磁石の外面の磁極の磁性を異ならせて成ることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
- シャフトの外周部に磁性体と永久磁石とを設けると共に磁性体の外面部と永久磁石の外面部とが軸周り方向に並設していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 磁性体よりなるシールドケース内に内装した固定子と、固定子内に配置される可動子とを備え、上記可動子が磁性体よりなるシャフトに磁極部を設けて構成され、上記固定子が上記可動子を囲むように周方向に巻回されるコイルと永久磁石とを有し、磁性体よりなるシャフトを上記磁性体よりなるシールドケースの両端部に回動自在に支持し、コイルに電流を印加して可動子をシャフトを中心として所定角度で往復回転運動させるようにしたアクチュエータであって、上記永久磁石はコイルの軸方向の両側にそれぞれ設けられると共に永久磁石はシャフトの軸方向と交差する方向に着磁されており、磁極部はシャフトの軸方向に間隔を隔てた位置からそれぞれ上記コイルの軸方向の両側に設けた永久磁石とそれぞれ対向するようにシャフトから突設され、コイルに電流を印加した時の軸方向に間隔を隔てた一方の磁極部の磁極と、これに対応する永久磁石の内面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係と、軸方向に間隔を隔てた他方の磁極部の磁極と、これに対応する永久磁石の内面側の磁極との反発、吸引の磁気的関係とが同じとなるように軸方向の両側の磁極部の軸周り方向の位置と、永久磁石の内面の磁極との位置関係を設定して成ることを特徴とするアクチュエータ。
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