JP4770448B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、シャフトを有する可動部を駆動させるアクチュエータに関するものである。

従来から、シャフトを有する可動部を駆動させるアクチュエータが電動歯ブラシ等に用いられてきた。上記アクチュエータとしては可動部を軸方向や回転方向に駆動可能なものが知られている（特許文献１参照）。しかし上記従来のアクチュエータにあっては、シャフトの一端側を収納する固定部を小径の筒型に形成する必要があることから、軸方向や回転方向以外には可動部を駆動することが困難であるという問題があった。
特開２００４−１９４４９９号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、固定部を大径に形成する必要のないコンパクト且つ低コストな構成によって、可動部を揺動方向にも往復駆動させることが可能なアクチュエータを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明を、シャフト２を有する可動部１と、シャフト２の一部を支点として可動部１をシーソー状に揺動自在に支持する支持体７を有して該シャフト２の一端側を収容する筒状の固定部５と、固定部５に対して可動部１を弾性連結させるバネ機構部とを備え、可動部１側には軸方向に対して直交方向に逆の磁極を成す永久磁石３を配し且つ固定部５側には上記永久磁石３の磁極と対向する個所に磁極部を有するコイル部材１２を配するか、或いは、固定部５側に上記永久磁石３を配し且つ可動部１側に上記コイル部材１２を配することで、可動部１を固定部５に対して往復揺動運動させる揺動駆動機構４を形成して成ることを特徴とするアクチュエータとする。

このようにすることで、筒状を成す固定部５を大径に形成する必要のなく、上記のコンパクト且つ低コストな構成によって、可動部１を揺動方向にも往復駆動させることが可能なアクチュエータとなる。

また上記構成のアクチュエータにあっては、可動部１を固定部５に対して軸方向に往復直線運動させる直線駆動機構１９及び又は軸廻りに往復回転運動させる回転駆動機構２８を備えるとともに、上記支持体７が、可動部１を更に軸方向に往復動自在に及び又は軸廻りに回転自在に支持するものであることが好適である。

このようにすることで、可動部１のシャフト２先端には、往復揺動運動に加えて往復直線運動や往復回転運動が合成された多彩な多次元運動が出力されることとなる。

また上記直線駆動機構１９として、上記可動部１とは別の第二可動部１５と、可動部１と第二可動部１５とを弾性連結させるバネ部１６と、第二可動部１５を軸方向に往復直線運動させるリニア駆動手段２０とを備えることも好適である。このようにすることで、可動部１で生じる往復揺動運動の周波数と往復直線運動の周波数とが独立して制御可能となる。また第二可動部１５の往復直線運動の周波数を適切に選ぶことにより、バネ部１６を介して連結される可動部１と第二可動部１５とをカウンター動作させることができ、設定によっては固定部５に伝達される振動が大幅に低減される。

また更に、可動部１と固定部５とを弾性連結させる第二バネ部２６を備えることも好適である。このようにすることで、可動部１と第二可動部１５とをカウンター動作させる周波数の設定が容易となる。

本発明は、固定部を大径に形成する必要のないコンパクト且つ低コストな構成によって、可動部を揺動方向にも往復駆動させることができるといった効果を奏する。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。図１には本発明の実施形態における一例のアクチュエータを示している。本例のアクチュエータの可動部１は、細長円柱状を成すシャフト２と、このシャフト２の軸方向の一端側の外周面に嵌合固定される一対のリング状の永久磁石３とで形成されている。図２にも示すように上記永久磁石３は、シャフト２の軸方向に対して直交方向に逆の磁極を成すように着磁されたものである。また上記一対の永久磁石３は軸方向に連設されるとともに、軸方向に隣接する互いの磁極同士が逆の磁極となるように着磁されている。

本例のアクチュエータの固定部５は、一端側底面に開口６を有する円筒型のケースである。この固定部５内には、上記シャフト２の一端側であって永久磁石３を固定してある側が収容され、他端側は開口６を通じて固定部５外に突出するようになっている。固定部５内面であって開口６近傍となる箇所には、シャフト２支持用のベアリング８から成る支持体７が配してある。上記支持体７によって、シャフト２及びこれを有する可動部１全体は、シャフト２の一部を支点としてシーソー状に揺動自在に支持されている。ここでの可動部１の揺動方向とは、シャフト２の軸方向と直交する方向である。

また可動部１の固定部５内に収容される部分と固定部５内面との間にはバネ部材９を介在させており、このバネ部材９によって可動部１全体を所定姿勢に弾性的に保持している。そして本例にあっては上記バネ部材９によって、可動部１を固定部５に対して揺動自在に弾性連結させるバネ機構部を形成している。

円筒形状を成す固定部５の内周面であって可動部１の永久磁石３と対向する個所には、リング状を成すヨーク１０を永久磁石３を囲むように固定させてある。上記ヨーク１０は磁性材料から成り、上記一対の永久磁石３の両磁極と対向する都合４箇所に磁極部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが形成されるように軸方向断面をＣ字状に形成してコイル１１を巻き、コイル部材１２を形成している。上記コイル部材１２の４箇所の磁極部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは、各永久磁石３と対応した２箇所の軸方向位置において、該永久磁石３を両側から挟むように１対ずつ形成されたものである。そしてコイル１１への通電により、一方の永久磁石３に対応する一対の磁極部１３ａ，１３ｂと、他方の永久磁石３に対応する一対の磁極部１３ｃ，１３ｄとが逆の磁極になるように磁界が形成される構造である。

しかして上記構成のアクチュエータにあっては、上記永久磁石３及び上記コイル部材１２により、可動部１を固定部５に対して往復揺動運動させる揺動駆動機構４を形成しており、コイル部材１２のコイル１１への通電制御によって可動部１に往復揺動運動を発生させることが可能となっている。即ち、例えば図２に示すように、図中左側の磁極部１３ａ，１３ｂがＮ極となり図中右側の磁極部１３ｃ，１３ｄがＳ極となるように磁界が形成された場合には、両永久磁石３にはコイル部材１２によって図中上方に移動する力が生じる。またコイル１１への通電方向を逆転させて図中左側の磁極部１３ａ，１３ｂがＳ極となり図中右側の磁極部１３ｃ，１３ｄがＮ極となるように磁界を形成した場合には、両永久磁石３には図中下方に移動する力が生じる。即ち、コイル１１に交番電流を流すことにより、可動部１には支持体７に支持される部分を中心として軸方向と直交方向に往復揺動する力が生じるものである。

なお、揺動駆動機構４は上記構成に限定されるものではなく、例えば軸方向に対して直交方向に逆の磁極を成す同様の永久磁石３を固定部５側に配するとともに、上記永久磁石３の磁極と対向する個所に磁極部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを有する同様のコイル部材１２を可動部１側に配することで揺動駆動機構４を形成してあってもよい。

次に、本発明の実施形態における他例のアクチュエータについて図３に基づいて説明する。なお、本例の構成のうち一例にて既述した構成と同様の構成については同一符号を付して詳しい説明は省略し、一例とは相違する本例の特徴的な構成についてのみ異符号を付して以下に詳述する。

本例のアクチュエータの円筒型を成す固定部５内には、可動部１とは別の第二可動部１５を配しており、両可動部１，１５同士をバネ部１６により連結させている。第二可動部１５は、固定部５内においてベアリング１７，１８を介して軸方向に往復動自在に且つ軸廻りに往復回動自在に配される円柱状部材である。上記バネ部１６は、可動部１を第二可動部１５に対して、軸方向に往復動自在に且つ軸方向と直交方向に往復揺動自在に弾性連結させるものである。

また固定部５内には、第二可動部１５を軸方向に往復直線運動させるリニア駆動手段２０を配している。上記リニア駆動手段２０は、第二可動部１５の外周面に配してある磁石２２と、固定部５内面であり且つ上記磁石２２と対向する箇所に配してあるコイル部材２３とから成る。

そして、上記リニア駆動手段２０のコイル部材２３への通電制御によって第二可動部１５にはその軸方向への往復駆動力が生じるようになっており、このリニア駆動手段２０と第二可動部１５とバネ部１６によって、可動部１を固定部５に対して軸方向に往復直線運動させる直線駆動機構１９を形成している。なお、上記リニア駆動手段２０は他の構成であっても構わない。

ここで、本例のアクチュエータにあっては一例のようなバネ部材９を配していない。一方、第二可動部１５のリニア駆動手段２０を挟んでバネ部１６が連結する側と反対側の部分には別のバネ部２７を連結させており、該バネ部２７を介して第二可動部１５を固定部５と弾性連結させている。即ち、本例にあってはバネ部１６，２７や第二可動部１５によって、可動部１を固定部５に対して軸方向に往復動自在に且つ揺動自在に弾性連結させるバネ機構部が形成される構造である。またここでの支持体７は、可動部１を軸方向に往復動自在に且つ揺動自在に支持するものである。

しかして本例のアクチュエータにあっては、一例にて既述した如く可動部１を往復揺動運動させるとともに、リニア駆動手段２０のコイル部材２３への通電制御により第二可動部１５を軸方向に往復直線運動させ、この運動をバネ部１６を介して可動部１に伝達させることで、シャフト２先端には往復直線運動と往復揺動運動とが合成された多次元運動が出力されることとなる。

ここでの往復揺動運動の周波数は往復直線運動の周波数とは独立して設定可能である。また、バネ部１６を介して軸方向に連結される可動部１と第二可動部１５とは、第二可動部１５の往復直線運動の周波数を適切に選ぶことによりカウンター動作をさせることができ、設定によっては固定部５に伝達される振動が低減されるものである。

次に、本発明の実施形態における更に他例のアクチュエータについて図４に基づいて説明する。なお、本例の構成のうち他例にて既述した構成と同様の構成については同一符号を付して詳しい説明は省略し、他例とは相違する本例の特徴的な構成についてのみ異符号を付して以下に詳述する。

本例のアクチュエータの筒型を成す固定部５内において可動部１と別の第二可動部１５を連結させるバネ部１６は、可動部１を第二可動部１５に対して、軸方向に往復動自在に且つ軸廻りに往復回動自在に且つ揺動自在に弾性連結させるものである。

また固定部５内にはリニア駆動手段２０に加えて、第二可動部１５を軸廻りに往復回転運動させる回転駆動手段２１を配している。上記回転駆動手段２１は、第二可動部１５の外周面であって上記磁石２２とは軸方向に所定距離ずれた個所に配してある別の磁石２４と、固定部５内面であり且つ上記磁石２４と対向する箇所に配してあるコイル部材２５とから成る。そして、上記回転駆動手段２１のコイル部材２５への通電制御によって第二可動部１５にはその軸廻りの往復回転力が生じるようになっており、この回転駆動手段２１と第二可動部１５とバネ部１６によって、可動部１を固定部５に対して軸方向に往復直線運動させる回転駆動機構２８を形成している。

ここで、本例のアクチュエータにあっては一例と同様のバネ部材９を備えている。そして上記バネ部材９が、バネ部１６が可動部１を弾性的に支持する側とは反対側の位置にて該可動部１を弾性的に支持する第二バネ部２６を成している。即ち上記第二バネ部２６は、可動部１を固定部５に対して直接、軸方向に往復動自在に且つ軸廻りに往復回動自在に且つ揺動自在に弾性連結させるものである。そして上記の各バネ部１６，２６，２７や第二可動部１５によって、可動部１を固定部５に対して軸方向両側から軸方向に往復動自在に且つ軸廻りに往復回動自在に且つ揺動自在に弾性連結させるバネ機構部が形成される構造である。またここでの支持体７は、可動部１を軸方向に往復動自在に且つ軸廻りに往復回動自在に且つ揺動自在に支持するものである。

しかして本例のアクチュエータにあっては、一例にて既述した如く可動部１を往復揺動運動させながら、リニア駆動手段２０及び回転駆動手段２１のコイル部材２３，２５への通電制御によって第二可動部１５を軸方向に往復直線運動させるとともに軸廻りに往復回転運動させ、この運動をバネ部１６を介して可動部１に伝達させることで、シャフト２先端には往復揺動運動と往復直線運動と往復回転運動が合成された多次元運動が出力されることとなる。

本例にあっても、往復揺動運動の周波数は往復直線運動や往復回転運動の周波数とは独立して設定可能である。また、バネ部１６を介して軸方向に連結される可動部１と第二可動部１５とは、第二可動部１５の往復直線運動の周波数を適切に選ぶことによりカウンター動作をさせることができ、設定によっては固定部５に伝達される振動が低減されるものである。

上記した各例のアクチュエータを電動歯ブラシに用いるには、可動部１の固定部５から突出するシャフト２先端にブラシを装着し、固定部５を筒状の把持部として、シャフト２先端に上記の多次元運動を出力させればよい。例えば更に他例にあっては、シャフト２先端のブラシは微小間隔での往復直線運動と往復回転運動に加えて、該ブラシで細かく叩くような往復揺動運動を生じ、各運動の適宜組合せによって非常に多彩な駆動軌跡が実現されるものである。

しかもこのようなシャフト２先端の揺動運動を実現するために、上記のコンパクト且つ低コストな構成で済むことから、装置全体が大型化及び高コスト化することがない。

本発明の実施形態における一例のアクチュエータを示す概略断面図である。 同上のアクチュエータの揺動駆動機構を示す説明図である。 本発明の実施形態における他例のアクチュエータを示す概略断面図である。 本発明の実施形態における更に他例のアクチュエータを示す概略断面図である。

符号の説明

１ 可動部
２ シャフト
３ 永久磁石
４ 揺動駆動機構
５ 固定部
７ 支持体
１２ コイル部材
１３ａ 磁極部
１３ｂ 磁極部
１３ｃ 磁極部
１３ｄ 磁極部
１５ 第二可動部
１６ バネ部
１９ 直線駆動機構
２０ リニア駆動手段
２１ 回転駆動手段
２６ 第二バネ部
２８ 回転駆動機構

Claims (4)

1. シャフトを有する可動部と、シャフトの一部を支点として可動部をシーソー状に揺動自在に支持する支持体を有して該シャフトの一端側を収容する筒状の固定部と、固定部に対して可動部を弾性連結させるバネ機構部とを備え、可動部側には軸方向に対して直交方向に逆の磁極を成す永久磁石を配し且つ固定部側には上記永久磁石の磁極と対向する個所に磁極部を有するコイル部材を配するか、或いは、固定部側に上記永久磁石を配し且つ可動部側に上記コイル部材を配することで、可動部を固定部に対して往復揺動運動させる揺動駆動機構を形成して成ることを特徴とするアクチュエータ。
2. 可動部を固定部に対して軸方向に往復直線運動させる直線駆動機構及び又は軸廻りに往復回転運動させる回転駆動機構を備えるとともに、上記支持体が、可動部を更に軸方向に往復動自在に及び又は軸廻りに回転自在に支持するものであ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. 上記直線駆動機構として、上記可動部とは別の第二可動部と、可動部と第二可動部とを弾性連結させるバネ部と、第二可動部を軸方向に往復直線運動させるリニア駆動手段とを備えることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 可動部と固定部とを弾性連結させる第二バネ部を備えることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
   
   
   

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