KR20180036720A - 액추에이터 및 전동 이미용 기구 - Google Patents

액추에이터 및 전동 이미용 기구 Download PDF

Info

Publication number
KR20180036720A
KR20180036720A KR1020187003375A KR20187003375A KR20180036720A KR 20180036720 A KR20180036720 A KR 20180036720A KR 1020187003375 A KR1020187003375 A KR 1020187003375A KR 20187003375 A KR20187003375 A KR 20187003375A KR 20180036720 A KR20180036720 A KR 20180036720A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coil
actuator
bearing
pole face
magnetic
Prior art date
Application number
KR1020187003375A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102605967B1 (ko
Inventor
유키 다카하시
마사미 가미조
가즈타카 사카구치
야스타카 기타무라
마사하루 가가미
시게노리 이나모토
Original Assignee
미쓰미덴기가부시기가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 미쓰미덴기가부시기가이샤 filed Critical 미쓰미덴기가부시기가이샤
Publication of KR20180036720A publication Critical patent/KR20180036720A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102605967B1 publication Critical patent/KR102605967B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/16—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with polarised armatures moving in alternate directions by reversal or energisation of a single coil system
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A45—HAND OR TRAVELLING ARTICLES
    • A45D—HAIRDRESSING OR SHAVING EQUIPMENT; EQUIPMENT FOR COSMETICS OR COSMETIC TREATMENTS, e.g. FOR MANICURING OR PEDICURING
    • A45D26/00—Hair-singeing apparatus; Apparatus for removing superfluous hair, e.g. tweezers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26B—HAND-HELD CUTTING TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B26B19/00—Clippers or shavers operating with a plurality of cutting edges, e.g. hair clippers, dry shavers
    • B26B19/28—Drive layout for hair clippers or dry shavers, e.g. providing for electromotive drive
    • B26B19/282—Motors without a rotating central drive shaft, e.g. linear motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/145—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having an annular armature coil
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
    • H02K21/227—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos having an annular armature coil
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/02—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moved one way by energisation of a single coil system and returned by mechanical force, e.g. by springs
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/003—Couplings; Details of shafts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C17/00—Devices for cleaning, polishing, rinsing or drying teeth, teeth cavities or prostheses; Saliva removers; Dental appliances for receiving spittle
    • A61C17/16—Power-driven cleaning or polishing devices
    • A61C17/22—Power-driven cleaning or polishing devices with brushes, cushions, cups, or the like
    • A61C17/32—Power-driven cleaning or polishing devices with brushes, cushions, cups, or the like reciprocating or oscillating
    • A61C17/34—Power-driven cleaning or polishing devices with brushes, cushions, cups, or the like reciprocating or oscillating driven by electric motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26B—HAND-HELD CUTTING TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B26B19/00—Clippers or shavers operating with a plurality of cutting edges, e.g. hair clippers, dry shavers
    • B26B19/28—Drive layout for hair clippers or dry shavers, e.g. providing for electromotive drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2202/00—Solid materials defined by their properties
    • F16C2202/30—Electric properties; Magnetic properties
    • F16C2202/40—Magnetic
    • F16C2202/42—Magnetic soft-magnetic, ferromagnetic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10—Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025—Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/103—Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant retained in or near the bearing
    • F16C33/104—Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant retained in or near the bearing in a porous body, e.g. oil impregnated sintered sleeve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/12—Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing
    • F16C33/128—Porous bearings, e.g. bushes of sintered alloy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/145—Stator cores with salient poles having an annular coil, e.g. of the claw-pole type

Abstract

간이한 구성으로, 자기 포화가 발생하지 않고, 안정적인 고출력을 실현할 수 있는 액추에이터를 제공한다. 이 액추에이터는, 회동축 및 당해 회동축을 중심으로 둘러싸는 둘레면에 둘레 방향을 따라 N자극면과 S자극면을 교대로 갖는 원통 형상의 마그넷부를 구비하는 가동체와, 회동축이 삽입되는 베어링, 마그넷부의 둘레면에 대향하여 둘레 방향에 걸쳐 베어링을 둘러싸도록 배치되고, 또한 N자극면 및 S자극면과 동일 수의 극치면, 및 전류가 공급됨으로써 극치면을 둘레 방향에서 교대로 다른 극성으로 여자하는 코일을 구비하는 고정체를 갖는다. 가동체는, 극치면의 둘레 방향의 중심과 마그넷부의 자극면의 전환 위치가 대향하는 위치를 회동 기준 위치로 하여, 고정체에, 회동축을 중심으로 둘레 방향으로 왕복 회동 가능하게 지지된다. 베어링은 자성체이다.

Description

액추에이터 및 전동 이미용 기구
본 발명은, 공진 회전 구동형의 액추에이터 및 전동 이미용 기구에 관한 것이다.
종래, 전기 제모기, 전기 이발기, 전동 칫솔, 전동 세안 브러시 등의 전동 이미용 기구에서는, 내장된 모터의 회전 운동을 왕복 운동으로 변환하는 운동 변환 장치가 장착되어 있다. 이 운동 변환 장치에, 전기 제모기의 속날, 전동 이발기의 가동날, 전동 칫솔의 칫솔 등을 결합하여 왕복 운동시킴으로써, 원하는 이미용 처리를 행하고 있다. 이와 같은 운동 변환 장치는, 회전 운동으로부터 왕복 운동으로의 운동 변환의 효율이 낮다.
운동 변환의 효율의 점에서 최근에는, 전자(電磁) 구동의 리니어 액추에이터를 이용한 이미용 기구가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 2). 일반적인 리니어 액추에이터에서는, 코일을 구비한 고정자와, 자성체의 가동자로 구성되고, 고정자에 대하여 가동자를 전자력(電磁力)으로 왕복 구동하여 원하는 이미용 처리를 행한다.
특히, 특허문헌 2에서는, 전기 제모기에 이용되고, 고정자에 대하여 가동자를 왕복동시키기 위한 왕복 운동식의 전동기를 갖는 리니어 공진 구동의 액추에이터가 개시되어 있다. 이 전동기는 각 날 헤드의 가동날에 대응하여, 하나의 고정자로 구동하는 복수의 가동자를 갖고, 가동자의 고유 진동수를 대략 동일하게 하고 있다. 또, VCM 구조를 적용한 이른바 회전 공진형의 액추에이터도 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 3 참조).
일본 특허공보 제4123232호 일본 특허공보 제3427468호 일본 공개특허공보 2010-104718호
그런데, 전동 이미용 기구에 이용되어 왕복 회전 운동하는 액추에이터로서는, 보다 간이한 구성으로, 안정적인 고출력의 액추에이터가 요망되고 있다. 예를 들면, DC 모터를 이용하는 구성에서는, 구동 시에 있어서의 부하에 의하여 모터는 회전수가 저하되므로, 회전 속도가 저하되어, 회전 속도의 변동이 발생하고, 이 회전 속도의 변동은, 사용자에게 불쾌감을 줄 우려가 있다. 또, 특허문헌 2에 나타내는 리니어 공진 구동형 액추에이터를 이용한 경우, 가동체의 속도는, 공진 구동을 위한 구동 주파수에서의 구동에 의하여 설정되므로, 일정 속도의 구동이 되어, 사용감은 양호해진다. 그러나, 특허문헌 2에 나타내는 바와 같이 구성부품이 많아, 대형화될 우려가 있어, 액추에이터를 배치하기 위한 넓은 스페이스가 필요하다. 또한, 구성 부품이 많기 때문에, 구동력 발생의 크기에 기인하는 자극(磁極)의 대향면이 좁아질 우려가 있으며, 이로써, 변환 효율이 높은 설계로 하는 것이 곤란하다.
또, 회전 공진형 액추에이터에서는, VCM 구조이므로, 자기(磁氣) 저항이 커져 변환 효율이 높은 설계로 하는 것이 어렵고, 마그넷의 체적이 커져 고비용이 된다. 또, 단극 착자의 마그넷을 이용한 구조가 되기 때문에, 구동력 발생의 크기에 기인하는 코일의 토크 발생부를, 코일의 전체 둘레에 걸쳐 배치할 수 없다. 이로써, 왕복 운동으로의 변환 효율이 악화되는 문제가 있다. 또, 액추에이터의 자기 회로에서는, 자속의 집중에 의하여 자기 포화가 발생하는 것에 의한 자기 저항(릴럭턴스)의 증대가 일으키는 토크 상수의 저하에 의하여, 출력이 저하되지 않게 할 필요가 있다.
이와 같은 전동 이미용 기구에서 사용되는 액추에이터로는, 간이한 구성으로, 왕복 운동으로의 변환 효율을 높게 설정 가능하며 고출력의 액추에이터가 요망되고 있다.
본 발명의 목적은, 간이한 구성으로, 자기 포화가 발생하지 않고, 안정적인 고출력을 실현할 수 있는 액추에이터 및 전동 이미용 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 액추에이터의 일 양태는, 회동축(回動軸) 및 당해 회동축을 중심으로 둘러싸는 둘레면에 둘레 방향을 따라 N자극면과 S자극면을 교대로 갖는 원통 형상의 마그넷부를 구비하는 가동체와, 상기 회동축이 삽입되는 베어링, 상기 마그넷부의 둘레면에 대향하여 둘레 방향에 걸쳐 상기 베어링을 둘러싸도록 배치되고, 또한 상기 N자극면 및 상기 S자극면과 동일 수의 극치면(極齒面) 및, 전류가 공급됨으로써 상기 극치면을 둘레 방향에서 교대로 다른 극성으로 여자(勵磁)하는 코일을 구비하는 고정체를 가지며, 상기 가동체는, 상기 극치면의 둘레 방향의 중심과 상기 마그넷부의 자극면의 전환 위치가 대향하는 위치를 회동 기준 위치로 하여, 상기 고정체에, 상기 회동축을 중심으로 둘레 방향으로 왕복 회동 가능하게 지지되고, 상기 베어링은 자성체인 구성을 채용한다.
본 발명의 전동 이미용 기구는, 상기 구성의 액추에이터를 구비하는 구성을 채용한다.
본 발명에 의하면, 간이한 구성으로, 자기 포화가 발생하지 않고, 안정적인 고출력을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 액추에이터를 나타내는 사시도이다.
도 2는 상기 액추에이터의 바닥면을 나타내는 사시도이다.
도 3은 상기 액추에이터의 바닥면도이다.
도 4는 상기 액추에이터의 주요부 분해 사시도이다.
도 5는 도 3에 나타내는 액추에이터를 아래에서 본 주요부 분해 사시도이다.
도 6은 도 3의 A-A선 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 7은 도 3의 B-B선 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 8은 상기 액추에이터에 있어서 교류 입력부를 통하여 코일에 공급되는 교류의 주기를 나타내는 도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 관한 자속의 흐름의 설명에 이용하는 도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 관한 자속의 흐름의 설명에 이용하는 도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 관한 액추에이터의 정면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 관한 액추에이터의 배면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 관한 액추에이터의 평면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시형태에 관한 액추에이터의 바닥면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시형태에 관한 액추에이터의 우면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시형태에 관한 액추에이터의 좌면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 액추에이터를 나타내는 사시도이고, 도 2는 상기 액추에이터의 바닥면을 나타내는 사시도이며, 도 3은 상기 액추에이터의 바닥면도이다. 또, 도 4는 상기 액추에이터의 주요부 분해 사시도이며, 도 5는 도 3에 나타내는 액추에이터를 아래에서 본 주요부 분해 사시도이다. 도 6은 도 3의 A-A선 화살표 방향에서 본 단면도이며, 도 7은 도 3의 B-B선 화살표 방향에서 본 단면도이다. 또한, 도 11~도 16에 본 발명의 일 실시형태에 관한 액추에이터의 육면도를 나타낸다. 구체적으로는, 도 11은 본 발명의 일 실시형태에 관한 액추에이터의 정면도이고, 도 12는 상기 액추에이터의 배면도이며, 도 13은 상기 액추에이터의 평면도이고, 도 14는 상기 액추에이터의 바닥면도이며, 도 15는 상기 액추에이터의 우면도이고, 도 16은 상기 액추에이터의 좌면도이다.
도 1, 도 2 및 도 11~도 16에 나타내는 액추에이터(100)는, 고정체(110)와, 가동체(120)와, 고정체(110)에 가동체(120)를 가동 가능하게 지지시키는 스프링재(150)(도 2 참조)와, 교류 공급 입력부(이하, “교류 입력부”라고 함)(112)를 갖는다.
도 1 및 도 2에 나타내는 액추에이터(100)에서는, 가동체(120)는, 교류 입력부(112)로부터 입력되는 코일부(114)로의 전력 공급에 의하여, 고정체(110)에 대하여 가동한다. 가동체(120)의 회전축(122)은, 소정의 각도 범위 내에서 정역 방향(도 1의 화살표 방향)으로 회동하고, 회전 왕복 진동으로서 외부에 출력한다.
도 3~도 7에 나타내는 바와 같이 고정체(110)는, 베이스 플레이트(111)와, 베어링(bearing)(113)과, 원환 형상의 코일부(114)와, 코일부(114)의 외주를 따라 배치되는 극치(극치면)(115b, 116b)를 갖는 빗살 형상의 상하 요크(코어)(115, 116)를 갖는다.
고정체(110)는, 자성체로 이루어지는 베이스 플레이트(111)를 갖고, 베이스 플레이트(111)에는, 상면 측(가동체(120) 측)으로 돌출된 중공의 통 형상부(1111)가 마련되어 있다. 통 형상부(1111)에는, 베어링(113)이 압입된다. 통 형상부(1111)는, 베이스 플레이트(111)에 대한 드로잉 가공에 의하여, 베이스 플레이트(111)의 하면 측으로부터 상면 측으로 수직으로 돌출되어 성형되어 있다. 통 형상부(1111)는, 통부 본체(1111a)와, 통부 본체(1111a)보다 외경이 큰 대좌부(臺座部)(1111b)를 갖는다.
통부 본체(1111a)에는, 상면 측으로부터, 상하 요크(115, 116)로 둘러싸이는 코일부(114)가 외삽된다. 또, 대좌부(1111b)의 상면에는, 상하 요크(115, 116)로 둘러싸이는 코일부(114)가 계지되어 있다.
통부 본체(1111a) 및 대좌부(1111b)에 의하여 외경에 단차가 형성된 형상에 대응하여, 베어링(113)도 형성되어 있다. 즉, 베어링(113)은, 통 형상부(1111)로의 압입 방향 측의 외경(선단 측의 외경)이, 기단(基端) 측의 외경보다 작게 되어 있으며, 압입 시에 기단 측이, 대좌부(1111b)의 이면 측에서 계합된다. 통 형상부(1111)는, 코어(코일부(114)를 협지하는 상하 요크(115, 116))의 상하 치수(축 방향의 길이)이며, 상단면은 고정체(스테이터)(110)의 상면을 구성한다.
통 형상부(1111)에 대하여, 베이스 플레이트(111)의 하면 측으로부터 베어링(113)이 압입된다. 베어링(113)은, 통 형상부(1111)의 내측에 끼워지고, 베이스 플레이트(111)의 바닥면 부분으로부터 수직으로 세워진 상태로 고정된다. 이와 같이 베어링(113)은, 베이스 플레이트(111)에 압입에 의하여, 고정밀도이고 또한 안정적인 상태로 베이스 플레이트(111)에 고정시킬 수 있다.
베어링(113)에는, 가동체(120)의 회전축(122)이 삽입되어 있고, 베어링(113)은, 회전축(122)을 회전 가능하게 지지한다. 베어링(113)은, 자성체이며, 자성을 갖는 소결 함유 베어링(oilless bearing)인 것이 바람직하다. 베어링(113)은, 철계의 소결 재료 등에 의하여 형성되고, 또한 높은 포화 자속 밀도를 갖는 재료인 것이 바람직하다. 소결 함유 베어링으로서는, 예를 들면, 포라이트 PI001(등록상표) 등을 들 수 있다. 본 실시형태에서는, 베어링(113)은, 상하 방향(축 방향)의 길이가 통 형상부(1111)의 상하 방향의 길이와 거의 동일하다. 또, 베어링(113)을 소결 재료로 구성할 때에는 적어도 두께를 1mm 이상으로 한다.
이 베어링(113)의 외주에, 베이스 플레이트(111)의 통 형상부(1111)를 사이에 끼우고 상하 요크(115, 116)에 의하여 둘러싸이는 코일부(114)가 배치된다.
코일부(114)는, 보빈(114a)에, 코일(114b)을 둘레 방향으로 주회함으로써 구성된다. 보빈(114a)은, 코일(114b)과 함께 액추에이터(100)의 구동원의 발생에 이용된다. 보빈(114a)은, 회전축(122) 및 코일(114b)의 축과 동일 축심이다. 코일(114b)의 코일 권선은, 교류 입력부(112)에 접속되어 있고, 교류 입력부(112)를 통하여, 교류 전원 공급부에 접속된다. 코일(114b)에는, 교류 입력부(112)를 통하여 교류 공급부로부터 교류 전원(교류 전압)이 공급된다.
상하 요크(코어)(115, 116)는, 자성체이며, 원환 형상의 본체 판부(115a, 116a)의 외주연으로부터 수직으로 마련된 극치(115b, 116b)를 빗살 형상으로 구비한다. 상하 요크(115, 116)는, 코일부(114)를 축 방향으로부터 사이에 끼우도록 서로 비접촉으로 배치된다. 상하 요크(115, 116)의 각각의 본체 판부(115a, 116a)는, 코일부(114)에 있어서 축 방향으로 이간하는 상하면에 대향하여 배치된다. 또, 상하 요크(115, 116)의 각각의 극치(115b, 116b)는, 코일부(114)의 외주면을 둘러싸도록 서로 엇갈리게 둘레 방향으로 배치되어, 원주를 그리도록 위치된다.
또, 상하 요크(115, 116)의 원환 형상의 본체 판부(115a, 116a)의 중앙에는 개구부를 둘러싸도록 통 형상의 코어 내주부(115c, 116c)가 형성되어 있다.
코어 내주부(115c, 116c)는 각각 판형상의 본체 판부(115a, 116a)의 중앙을 드로잉 가공하는 것에 의하여 형성된다.
상 요크(115)에서는, 코어 내주부(115c)는, 극치(115b)와 동일 방향으로 돌출되어 형성되어 있다. 하 요크(116)에서는, 코어 내주부(116c)는, 극치(116b)와 동일 방향으로 돌출되어 형성되어 있다.
상 요크(115)는, 코일부(114)의 상측으로부터 끼워넣어져 있으며, 그 본체 판부(115a)는, 코일부(114)의 상면에 대향하고, 극치(115b)는 코일부(114)의 외주면을 따라 빗살 형상(소정 간격을 두고)으로 위치한다. 또한, 코어 내주부(115c)는 코일부(114)의 중앙 개구부(구체적으로는 보빈(114a)의 개구)에 상측으로부터 삽입된다.
하 요크(116)는, 코일부(114)의 하측으로부터 끼워넣어져 있으며, 본체 판부(116a)는, 코일부(114)의 하면에 대향하고, 극치(116b)는, 코일부(114)의 외주면을 따라 위치하는 극치(115b)의 사이에 균일하게 배치된다. 또한, 코어 내주부(116c)는, 코일부(114)의 중앙 개구부(구체적으로는 보빈(114a)의 개구)에 하측으로부터 삽입된다.
코일부(114)를 상하 요크(115, 116) 사이에 끼워 구성되는 코어는, 통 형상부(1111)의 통부 본체(1111a)에 외측에서 끼워지고, 대좌부(1111b)에 계지되므로, 베이스 플레이트(111)에 대하여, 대좌부(1111b)의 높이만큼, 이간되어 대향하여 장착된다.
이때, 상하 요크(115, 116)의 코어 내주부(115c, 116c)는, 코일부(114)의 내부에서 당접하거나, 혹은 당접하도록 배치된다. 도 6 및 도 7에서는, 코어 내주부(115c, 116c)의 선단부는, 코일부(114) 내에서 당접하고 있다. 이로써 보빈(114a)과 회전축(122)의 사이에는, 베어링(113), 통 형상부(1111)(통부 본체(1111a))에 더하여 코어 내주부(115c, 116c)가 개재하고 있다. 코어 내주부(115c, 116c)는, 통 형상부(1111)와 함께, 통 형상부(1111)를 외주 측에서 둘러싸는 자로(磁路)를 형성한다.
상하 요크(115, 116)의 극치(115b, 116b)는, 가동체(120)의 마그넷(123)(후술함)의 자극수와 동일한 극수이다.
이 구성에 의하여, 코일(114b)에 교류 전원이 공급되면, 상 요크(115)와, 하 요크(116)는, 각각 여자되어 서로 다른 극성이 되고, 상하 요크(115, 116)의 각각의 극치(115b, 116b)도 다른 극성으로 여자된다. 코일(114b)은, 교류 입력부(112)로부터 가동체(120)의 공진 주파수와 대략 동일한 주파수의 교류가 공급되면, 극치(115b, 116b)를 교대로 다른 극성으로 여자한다. 즉, 코일부(114)의 외주면에는, 외주면을 따라 다른 자극면이 교대로 나열되어 배치되는 상태가 된다.
이들 극치(115b, 116b)의 극성은, 코일부(114)에 순방향과 역방향의 전류가 공급됨으로써, 교대로 변경된다.
코일부(114)의 외주면을 따라 배치된 극치(115b, 116b)에 대향하여, 소정 간격을 두고 가동체(120)의 마그넷(123)이 배치되어 있다.
또한, 극치(115b, 116b)는, 대응하는 마그넷의 극수(후술함)와 함께, 16극인 구성이지만, 2극 이상이면, 몇 극이어도 된다. 복수극이면, 이에 한정되지 않는다. 여기에서는, 극치(115b, 116b)는, 마그넷(123)의 둘레면에 대향하고, 또한, 둘레 방향에 걸쳐 16극 교대로 배치되어 있으며, 마그넷(123)에 있어서의 N극(N자극면) 및 S극(S자극면)과 동일 수의 극수로 하고 있다.
가동체(120)는, 회전축(122)과, 마그넷(123)과, 회전축(122)과 마그넷(123)을 고정하는 로터 커버부(124)를 갖는다.
마그넷(123)은, 원통 형상으로 형성되고, 다극(여기에서는 16극)이 둘레 방향에 교대로 착자되어 있다. 마그넷(123)은, 네오디뮴 본드 마그넷, 페라이트 본드 마그넷, 네오디뮴 소결 마그넷, 페라이트 고무 마그넷 등이 적용된다.
구체적으로는, 마그넷(123)은, 극치(115b, 116b)에 대응하는 둘레면(여기에서는 내주면)에 둘레 방향을 따라, N극, S극, N극, S극, N극,…으로 교대로 다른 극성의 자극면을 갖도록 착자되어 있다. N극, S극,…의 각 착자면에 있어서의 둘레 방향(여기에서는, 회전축에 대하여 둘레 방향에 직교하는 방향)의 길이는, 극치(115b, 116b)의 둘레 방향의 길이보다 길다. 또한, 마그넷(123)은, 원통 형상으로 일체적인 구성이다.
마그넷(123)은, 자성체로 이루어지는 로터 커버부(124)를 통하여 회전축(122)에 고정되어 있다.
마그넷(123)의 착자면에 대하여, 극치(115b, 116b)는, 각각의 둘레 방향의 중심 위치가, 마그넷(123)의 착자면 N, S(N자극면, S자극면)가 전환되는 위치(착자면 S, N을 구획하는 위치)와, 회전축심을 중심으로 하여 반경 방향으로 중첩되는 위치에 위치된다. 또한, 중심 위치, 전환되는 위치가, 회전축(122)을 중심으로 하여 반경 방향으로(즉, 방사 형상으로) 동일 직선 상에 중첩되는 위치를, 가동체(120)의 회동 동작 기준 위치(회동 기준 위치)로 한다. 즉, 가동체(120)는, 극치(115b, 116b)의 둘레 방향의 중심 위치와, 마그넷(123)의 자극면의 전환 위치(구획선)가 대향하는 위치를 회동 기준 위치로 하여 고정체(110)에 회동 가능하게 지지된다.
여기에서는, 액추에이터(100)는 16극으로 이루어지기 때문에, 가동체(120)의 회동 범위는, 고정체(110)에 대하여, 회동 기준 위치를 중심으로 11.25도씩, 순방향 혹은 역방향으로 회동하는 범위이다. 중심 위치 및 전환되는 위치가, 각각 회전축(122)을 중심으로 하여 반경 방향으로(즉, 방사 형상으로) 동일 직선 상에 중첩되는 위치를 결정하기 때문에, 마그넷(123)에는 오목부(123a)가 형성되어 있다. 이로써, 마그넷(123)의 자극이 전환되는 위치를, 극치(115b, 116b)의 중심 위치에 용이하게 위치시켜 액추에이터(100)를 조립할 수 있다. 또한, 마그넷(123)은, 액추에이터(100)의 출력에 맞추어 선택할 수 있다.
마그넷 고정부로서 기능하는 로터 커버부(124)는, 드로잉 가공하는 것에 의하여 형성된 컵 형상을 이루고, 원반 형상의 고정부 본체(124a)의 외주로부터 통 형상부(124b)를 수직으로 내려 이루어진다. 이 통 형상부(124b)의 내주면에, 마그넷(123)이 고착되어 있다.
로터 커버부(124)의 고정부 본체(124a)의 중앙부에는, 직교 방향으로 삽통되는 회전축(122)이 선단부(122a)를 외부로 돌출시킨 상태로 고정되어 있다. 여기에서는, 로터 커버부(124)와 회전축(122)은 용접에 의하여 고정된다. 로터 커버부(124)는, 회전축(122)에 용접에 의하여 고정되므로, 회전축(122)을 장착한 후에, 당해 회전축(122)에 고정할 수 있다. 또한, 로터 커버부(124)는, 회전축(122)에 에폭시계 재료에 의한 접착에 의하여 고정되어도 된다.
회전축(122)은, 로터 커버부(124)의 축심 상에, 로터 커버부(124)를 삽통하여 고정되어 있다. 회전축(122)은, 비자성체인 것이 바람직하다. 회전축(122)이 자성체인 경우, 자기 회로의 구성상, 자기 흡인력에 의하여 베어링(113)에 흡인되어 감쇠가 커지기 때문이다. 회전축(122)은, 본 실시형태에서는, 오스테나이트계의 스테인리스(SUS)이고, 비자성이며, 내식성이 우수하여, 부식되기 어렵게 되어 있다.
이 회전축(122)은, 고정체(110)(베이스 플레이트(111))에 형성된 통 형상부(1111)의 축 구멍을 삽통하고 있다. 회전축(122)의 타단부는, 베이스 플레이트(111)의 이면 측에서, 스프링재(150)에, 베이스 고정 부품(접합부)(164)을 통하여, 베이스 플레이트(111)에 고정되어 있다.
스프링재(150)는, 가동체(120)를 고정체(110)에 대하여 탄성 지지하는 것이다. 여기에서는, 스프링재(150)로서, 비틀림 코일 스프링이 적용되어 있다. 이 비틀림 코일 스프링의 내부에, 회전축(122)은 회동 가능하게 삽입되어 있다. 또한, 회전축(122)은, 비틀림 코일 스프링의 축 상에 위치하고 있으며, 회전축(122)의 축심은, 비틀림 방향의 중심축과 일치하는 것이 바람직하다.
스프링재(150)인 비틀림 코일 스프링의 일단부(152)는, 축 고정 부품(162)을 통하여 회전축(122)의 기단부(122b)에 고정됨과 함께, 타단부(154)는, 베이스 고정 부품(접합부)(164)을 통하여 베이스 플레이트(111)에 고정되어 있다. 여기에서는 축 고정 부품(162)은, 스프링재의 일단부(152)가 내측에 끼이는 오목 형상(도 16에 나타내는 오목 형상부(1625) 참조)으로 형성되고, 회전축(122)에 대한 일단부(152)를 오목 형상 내에 배치하여 위치 결정한 후, 회전축(122)에 대한 축 고정 부품(162)의 위치를 결정할 수 있다. 즉, 축 고정 부품(162)은, 일단부(152)의 위치에 따라, 불필요한 부하를 가하지 않고, 스프링재(150)를 회전축(122)에 용접 등으로 고착시킬 수 있다.
비틀림 코일 스프링인 스프링재(150)의 양단부(152, 154)는, 스프링재(150)에 있어서 스프링 상수(후술하는 K)의 기준점(K1, K2)을 갖는다. 스프링재(150)는, 그 양단부가 각각 고정되는 가동체(120) 및 고정체(110) 중 적어도 한쪽에, 스프링 상수의 기준점(K1, K2)보다 선단측에서 고정된다.
여기에서는, 스프링재(150)의 타단부(154)가, 베이스 고정 부품(164)을 통하여, 스프링 상수의 기준점이 되는 기준 위치(K1)보다 타단부(154)의 선단을 향하는 부위에서 고정된다.
구체적으로는, 베이스 고정 부품(164)은, 베이스 플레이트(111) 하면에 있어서 스프링재(150)의 타단부(154)의 선단측에서, XY 방향의 이동을 규제하는 접합부(160)를 통하여 베이스 플레이트(111)에 접합되어 있다.
접합부(160)는, 여기에서는, 베이스 플레이트(111)로부터 세워져 형성되어 있는 돌조(突條)의 리브(161)와, 베이스 고정 부품(164)과, 베이스 고정 부품(164)을 베이스 플레이트(111)에 소정 위치에서 고정하는 나사부(165)를 갖는다.
베이스 고정 부품(164)은, 나사부(165)를 통하여 베이스 플레이트(111)에 고정되는 본체 플레이트(164a)와, 본체 플레이트(164a)로부터 수직으로 세워서 형성되어 있는 돌조의 리브(164b)를 갖는다. 베이스 고정 부품(164)의 리브(164b)는, 타단부(154)에 대하여, 기준 위치(K1)보다 선단을 향하는 부위(자유단 측의 부위)에서 고정되는 고착부(160b)와, 기준 위치(K1)보다 스프링재(150)의 일단부(152) 측에서, 스프링재(150)의 변형 시에 당접하여 타단부(154)의 고정 부분에서 발생하는 응력을 완화시키는 응력 완화부(160a)를 갖는다.
또한, 리브(161)도 동일하게, 스프링재(150)의 타단부(154)에 대하여, 기준 위치(K1)보다 자유단 측에서 고정되는 고착부(160b)와, 기준 위치(K1)보다 스프링재(150)의 일단부 측에서, 스프링재(150)의 변형 시에 당접하여 타단부(154)의 고정 부분에서 발생하는 응력을 완화시키는 응력 완화부(160a)를 갖는다.
고착부(160b)는, 여기에서는, 타단부(154)에 용접에 의하여 고정된다. 또한, 고착부(160b)는, 타단부(154)에 에폭시계 재료에 의한 접착에 의하여 고정되어도 된다.
응력 완화부(160a)는, 스프링재(150), 특히 비틀림 코일 스프링이 변형했을 때에 당접하여, 타단부(154)에 관한 응력을 완화시킨다.
이와 같이, 스프링재(150)는, 변형 시에 있어서, 이 고착부(160b)보다 스프링재(150)의 코일 부분 측에서 응력 완화부(160a)에 당접하기 때문에, 스프링재(150)에 있어서 타단부(154)에 국소적으로 집중되는 응력을 분산시킬 수 있다. 이로써, 가동체(120)가 왕복 회전동, 즉, 진동할 때에 발생하는 응력이, 스프링재(150)(구체적으로는, 베이스 플레이트(111)에 접합되는 타단부(154))에 있어서 국소적으로 집중되지 않는다.
스프링재(비틀림 코일 스프링)(150)는, 가동체(120)의 마그넷(123)의 내주면에 있어서, 인접하는 자성이 다른 착자면의 전환 위치가 고정체(110)의 극치(115b, 116b)에 있어서의 둘레 방향의 중심에 위치하도록 위치 결정하고 있다.
또, 스프링재(비틀림 코일 스프링)(150)는, 마그넷(123)의 회동 방향에 대하여 일정한 스프링 상수를 얻을 수 있고, 가동체(120)는 둘레 방향으로 가동한다. 이 스프링재(150)에 의하여 액추에이터(100)에 있어서의 공진 주파수를 조정할 수 있다.
상기 구성의 액추에이터(100)에서는, 코일(114b)에 입력되는 교류파에 의하여 상하 요크(115, 116), 즉 극치(115b, 116b)가 자화되어, 가동체(120)의 마그넷(123)에 대하여, 효율적으로 자기 흡인력 및 반발력을 발생한다. 이로써, 가동체(120)의 마그넷(123)은, 회동 기준 위치인 극치(115b, 116b)의 중심을 기준으로 하여, 둘레 방향으로 양방향으로 이동하고, 이로써 마그넷(123) 자체가, 회전축(122)을 중심으로 왕복 회동을 행한다.
본 실시형태의 액추에이터(100)에서는, 가동체(120)의 관성 모멘트를 J, 비틀림 방향의 스프링 상수를 Ksp로 한 경우, 가동체(120)는, 고정체(110)에 대하여, 하기 식 (1)에 의하여 산출되는 공진 주파수 fr[Hz]로 진동한다.
[수학식 1]
Figure pct00001
본 실시형태의 액추에이터(100)는, 교류 입력부(112)로부터 코일(114b)에 가동체(120)의 공진 주파수 fr과 대략 동일한 주파수의 교류를 공급하여, 코일(114b)을 통하여 극치(115b, 116b)를 여자한다. 이로써, 가동체(120)를 효율적으로 구동시킬 수 있다.
본 액추에이터(100)에 있어서의 가동체(120)는, 스프링재(150)를 통하여 고정체(110)에 의하여 지지되는 스프링 매스계 구조로 지지된 상태이다. 따라서, 코일(114b)에 가동체(120)의 공진 주파수 fr과 동일한 주파수의 교류가 공급되면, 가동체(120)는 공진 상태로 구동된다. 이때 발생하는 회전 왕복 진동이, 가동체(120)의 회전축(122)에 전달된다.
액추에이터(100)는, 하기 식 (2)로 나타내는 운동 방정식 및 하기 식 (3)으로 나타내는 회로 방정식에 근거하여 구동한다.
[수학식 2]
Figure pct00002
[수학식 3]
Figure pct00003
즉, 액추에이터(100)에 있어서의 관성 모멘트 J[Kgm2], 회전 각도 θ(t)[rad], 토크 상수 Kt[Nm/A], 전류 i(t)[A], 스프링 상수 Ksp[Nm/rad], 감쇠 계수 D[Nm/(rad/s)], 부하 토크 TLoad[Nm] 등은, 식 (2)를 충족시키는 범위 내에서 적절히 변경할 수 있다. 또, 전압 e(t)[V], 저항 R[Ω], 인덕턴스 L[H], 역기전력 상수 Ke[V/(rad/s)]는, 식 (3)을 충족시키는 범위 내에서 적절히 변경할 수 있다.
이와 같이, 액추에이터(100)를, 가동체(120)의 관성 모멘트 J와 스프링재(탄성체)(150)의 스프링 상수 K에 의하여 정해지는 공진 주파수 fr에 있어서 구동한 경우, 효율적으로 큰 출력을 얻을 수 있다.
다음으로, 액추에이터(100)의 구체적인 동작에 대하여 설명한다.
코일부(114)의 코일(114b)에 전류가 흐르면(순방향으로 흐른다고 하면), 상 요크(115)의 극치(115b)는 여자되어 극성을 갖고(예를 들면 N극), 하 요크(116)의 극치(116b)는 여자되어, 극치(115b)와는 다른 극성(예를 들면 S극)을 갖는다. 이들 극치(115b, 116b)에 대향하여, 각 극치(115b, 116b)의 둘레 방향(회동 방향)의 중심 위치, 즉, 회동 기준 위치에, 가동체(120)의 마그넷(123)에 있어서의 자극면(S, N)의 구획선이 배치된다.
따라서, 마그넷(123)에서는, 내주면 전체면에 걸쳐, N극면은, S극면인 극치(115b)에 흡인되고, 마그넷(123)의 S극면은, N극치인 극치(116b)에 흡인됨과 함께, 동일 극끼리는 반발한다. 이로써 마그넷(123)의 내주 전체면에서, 가장 큰 토크가 발생하여, 마그넷(123)은, 둘레 방향의 일 방향(예를 들면 반시계 방향)으로 회동한다. 그러면, 마그넷(123)에 있어서의 각각의 극면은, 상대하는 자극으로 여자된 극치(115b, 116b)와 대향하는 위치에서 정지하려고 한다. 이 위치에 마그넷(123)이 위치하려고 할 때에, 마그넷(123)에는, 마그넷(123)과 근접한 동일 자극의 극치의 반발로 앞의 이동 방향과는 역방향으로의 토크도 작용한다.
또, 마그넷(123)(가동체(120))은, 스프링재(150)의 복원력에 의하여 회동 기준 위치 측으로의 부세력이 작용한다. 이 상태에 있어서, 코일부(114)에 순방향 전류와는 역방향의 전류(역방향 전류)가 흐른다. 그러면, 극치(115b, 116b)의 각각의 극성이 바뀌어, N극이었던 극치(115b)는 S극으로, S극이었던 극치(116b)는 N극으로 여자된다. 이로써, 마그넷(123)은, 각 자극면과, 극치(115b, 116b)의 사이에서 발생하는 자기 흡인력 및 자기 반발력에 의하여, 앞의 이동과는 역방향으로 토크가 발생하여 이동한다. 또한, 이 토크는, 스프링재(150)의 복원력에 의해서도 작용한다.
즉, 코일(114b)에 전류가 순방향, 역방향으로 교대로 흐름으로써, 가동체(120)는, 고정체(110)에 대하여, 둘레 방향의 일 방향으로 이동, 스프링재(150)의 부세력에 의한 회동 기준 위치 측으로의 이동, 회동 기준 위치를 넘어 둘레 방향의 타방향으로 이동, 스프링재(150)의 부세력에 의한 회동 기준 위치 측으로의 이동, 회동 기준 위치를 넘어 둘레 방향의 일방향으로 이동을 순차 반복한다. 이와 같이, 액추에이터(100)의 가동체(120)는, 회전축(122)을 중심으로, 또한 회동 기준 위치를 중심으로, 왕복 회동, 즉, 진동하여 회전축(122)을 통하여 외부에 왕복 진동력을 출력한다.
도 8은, 본 실시형태의 액추에이터에 있어서 교류 입력부(112)를 통하여 고정체(110)의 코일(114b)에 공급되는 교류의 주기(周期)를 나타내는 도이다.
코일에 흐르는 교류는, 도 8A에 나타내는 바와 같이 주파수 f0의 펄스파여도 되고, 도 8B에 나타내는 바와 같이 주파수 f0의 정현파여도 된다.
도 8에 나타내는 시점 t1에 순방향의 전류가 공급되고, 시점 t3에 역방향의 전류가 공급된다. 또, 도 8의 시점 t4에서 나타내는 바와 같이 전류의 방향이 전환되어, 마그넷(123)이 회동하여 회동 기준 위치로 되돌아왔을 때에는, 시점 t5에 순방향의 전류가 공급된다. 이것이 1주기분의 동작이며, 이와 같은 동작이 반복되는 것에 의하여, 가동체(120)는, 변위 동작을 반복함으로써, 회전 왕복 진동한다.
액추에이터(100)를 조립할 때에, 베이스 플레이트(111)에 베어링(113)을 삽입하여, 스프링재(150)를, 축 고정 부품(162), 베이스 고정 부품(164)을 통하여, 베이스 플레이트(111)와 회전축(122)에 접합할 수 있다. 즉, 액추에이터(100)를 조립할 때에, 상하 요크(115, 116)에 둘러싸인 코일부(114)를 통 형상부(1111)에 외측에서 끼워지거나, 로터 커버부(124)를 회전축(122)에 용접 또는 접착에 의하여 고착하기 전에, 제조상, 공차가 발생하는 스프링재(150)를, 이른 단계에서, 가동체(120)의 회전축(122)과, 고정체(110)의 베이스 플레이트(111)의 사이에, 공차를 흡수하면서 개재할 수 있다. 그 후, 코일부(114), 마그넷(123)을 장착할 수 있다.
또, 액추에이터(100)를 조립할 때에, 마지막으로, 로터 커버부(124)를 회전축(122)에 용접 또는 접착에 의하여 고정할 수 있다. 이로써, 가동체(120)의 회전 방향에 어긋남이 있는 경우, 로터 커버부(124)를 회전축(122)에 고정할 때에, 그 어긋남을 조정하면서 액추에이터(100)를 조립할 수 있다. 이와 같이 액추에이터(100)를 조립할 때에, 서로 고정하는 부품끼리의 접합을 용접, 접착 등으로 행함으로써, 스프링재(150)의 편차의 크기에 따른 어긋남을 흡수할 수 있다. 이로써, 스프링재(150)의 편차에 의한 조립 후의 액추에이터(100)의 조립 정밀도의 악화를 방지할 수 있다.
또한, 액추에이터(100)에서는, 가동체(120)는, 회전 왕복 운동 즉 회전 왕복 진동을 행하고, 이 회전 왕복 진동은 회전축(122)을 통하여 외부에 출력된다. 회전축(122)의 선단부(122a)에, 머리부에 축 방향과 직교하여 마련된 모속부(毛束部)를 구비하는 칫솔부, 세안 브러시부, 혹은 전기 제모기, 전동 면도기, 전기식 이발 기구 등의 날을 연결함으로써, 브러시 혹은 날을 왕복 진동시킬 수 있다.
이와 같이 액추에이터(100)는, 식 (2), (3)을 충족시키고, 식 (1)로 나타내는 공진 주파수를 이용한 공진 현상에 의하여 구동한다. 이로써, 액추에이터(100)에서는, 정상 상태에 있어서 소비되는 전력은 부하 토크에 의한 손실 및 마찰 등에 의한 손실뿐이며, 저소비 전력으로 구동, 즉, 가동체(120)를 저소비 전력으로 회전 왕복 진동시킬 수 있다.
본 실시형태에서는, 가동체(120)는, 원통 형상의 다극(여기에서는 16극) 착자된 마그넷(123)과, 자성체이며 마그넷(123)이 고정되는 로터 커버부(124)와, 로터 커버부(124)의 중앙부에 압입 고정된 회전축(122)을 갖는다.
또, 고정체(110)는, 가동체(120)의 회전축(122)을 지지하는 베어링(113)과, 베어링(113)을 고정하는 베이스 플레이트(111) 및 구동원 발생에 이용되고 베어링(113)에 고정되어 있는 코일부(114)(원환 형상의 보빈(114a) 및 코일(114b))와, 코일부(114)를 상하로부터 끼워 넣어 배치된 빗살 형상의 2개의 상하 요크(115, 116) 및 코일부(114)의 권선을 외부 단자에 접속하는 교류 입력부(112)를 갖는다.
고정체(110)의 상하 요크(115, 116)는, 가동체(120)의 마그넷(123)의 자극수와 동일한 극수의 극치(115b, 116b)를 갖는다. 코일부(114)에 입력되는 교류파에 의하여 자화되어, 효율적으로 자기 흡인력·반발력을 발생시킨다.
마그넷(123)은, 고정체(110)에서 원주 상에 교대로 극성이 다르도록 배치된 극치(115b, 116b)에 대향하여, 원환 형상으로 배치되어 있다.
이로써, 극치(115b, 116b)와 대향하는 마그넷(123)의 내주의 전체 둘레에 걸쳐 구동원으로 할 수 있고, 변환 효율이 높은 액추에이터(100)를 실현할 수 있다. 또, 마그넷(123)의 전체 둘레에 걸쳐, 자기 흡인력, 자기 반발력이 발생되어, 가장 큰 토크를 발생시킬 수 있다.
이 구성에 의하여 액추에이터(100)에서는, 방사 형상으로 복수 배치된 동일 자극인 극치(115b, 116b)로부터의 자속이 모두, 상하 요크(115, 116)를 통과하여 중앙 측에 집중하여 흐르는 자기 회로이다. 이와 같이 자속이 집중되면 자기 포화가 발생하고, 자기 저항(릴럭턴스)의 증대가 일어나기 때문에, 토크 상수가 저하되어, 특성의 저하, 즉, 출력 자체가 저하될 우려가 있다.
그러나, 본 실시형태의 액추에이터(100)에 있어서는, 베어링(113)이 자성체이기 때문에, 코일부(114)의 내측에 있어서, 또한 회전축(122) 둘레에 있어서의 단면적(자속이 흐르는 자로 단면적)을 넓게 할 수 있다.
이로써, 외주 측의 극치(115b, 116b)로부터 내측을 향하여 중앙 부분에 집중되는 자속에 의한 자기 포화를 완화시킬 수 있다. 이로써, 토크 상수 Kt가 커지고, 에너지 변환 효율을 향상시켜, 액추에이터(100)의 출력을 증가시킬 수 있다.
또, 코일부(114)에 있어서, 상하 요크(115, 116)는, 코일부(114)를 축 방향으로 협지하도록 배치되는 원환 형상의 본체 판부(115a, 116a)의 중앙부에, 드로잉 가공에 의하여 형성된 코어 내주부(115c, 116c)를 갖는다.
코어 내주부(115c, 116c)는, 코일부(114)의 내측(내주측이며 코일부(114)의 중앙의 개구부 내)에 배치되고, 통 형상부(1111)에 외측에서 끼워진다. 또, 코어 내주부(115c, 116c)끼리는, 코일부(114)의 내측에서 서로의 선단부를 당접시키고 있으며, 코어 내주부(115c, 116c)에 의하여 하나의 자성체로 이루어지는 통 형상체를 형성하고 있다.
이들 코어 내주부(115c, 116c)에 의하여, 코일부(114)의 내측에 있어서, 또한 통 형상부(1111), 베어링(113)의 단면적(자로 단면적)에 더하여, 회전축(122) 둘레에 있어서의 단면적(자속이 흐르는 자로가 되는 자로 단면적)을 더욱 넓게 할 수 있다. 또한, 코어 내주부(115c, 116c)는, 상하 요크(115, 116)의 일부이므로, 상하 요크(115, 116)에 있어서의 극치의 위치 정밀도 및 고정될 때의 강도를 증가시킬 수 있다.
또, 코어 내주부(115c, 116c) 및 베어링(113)은, 고정체(110)의 상하 치수와 대략 동일하다. 또, 코어 내주부(115c, 116c)는, 통 형상부(1111)와 동일축이기 때문에, 제조상, 그 정밀도를 높이기 쉽다.
또, 회전축(122)은, 비자성체이므로, 베어링(113)과의 사이의 접촉면에서의 자기 흡인력을 없앨 수 있다. 이로써, 회전축(122)과 베어링(113)의 사이에 있어서 불필요한 마찰력이 발생하지 않아, 감쇠를 저하시켜, 출력 향상을 도모할 수 있다. 즉, 회전축(122)은, 자성체인 경우와 달리, 자기 흡인력에 의하여, 베어링(113)에 흡착되어 감쇠가 증대되지 않는다.
또한, 회전축(122)은, 본 실시형태에서는, 오스테나이트계 스테인리스(SUS402)이므로, 선단부(122a)가 외부로 돌출되어, 외기·물 등에 접하는 경우여도, 내식성이 우수하므로, 부식되기 어렵다.
도 9, 도 10은, 본 실시형태에 관한 자속의 흐름의 설명에 이용하는 도이고, 도 9A는, 본 실시형태의 자속의 흐름을 나타내며, 도 6에 대응한다. 또, 도 9B는, 본 실시형태의 구성에 있어서, 자기 포화를 고려하지 않는 참고의 구조, 구체적으로는, 베어링(113A)이 자성체가 아니며, 또한 코어 내주부(115c, 116c)를 자기 경로로 하지 않는 구조를 나타낸다. 도 10은, 도 3의 A-A선 단면 사시도이며, 편의상, 마그넷(123), 로터 커버부(124)를 포함하는 로터 부분의 도시를 생략하고 있다.
즉, 본 실시형태에서는, 도 9A에 나타내는 바와 같이, 비자성체인 회전축(122)과, 코일(114b)의 사이에, 모두 자성을 갖는 베어링(113), 베이스 플레이트(111)의 통 형상부(1111), 코어 내주부(115c, 116c)를 배치하여, 자로가 되는 단면적을 증가시키고 있다. 도 9A와 도 9B를 비교하면, 도 9A에서는, 집중되는 자속이, 베어링(113), 통 형상부(1111), 코어 내주부(115c, 116c)의 각각을 통과하게 되어, 분산된다. 구체적으로는, 자속의 흐름은, 극치(115b)→코어 내주부((115c)(116c))+통 형상부(1111)(상세하게는 대좌부(1111b))+베어링(113)→극치(116b)가 된다. 이에 대하여, 도 9B에 나타내는 바와 같이, 베어링(113A)이 비자성체인 경우, 베어링(113A)에는 자속은 흐르지 않아, 자기 경로로서 기능하는 단면적이 감소하고, 자기 포화가 일어나, 도 9B에 나타내는 액추에이터에서는 자기 저항이 증대되고, 자속량은 감소한다. 또, 도 9B에서는, 코어 내주부(115c, 116c)끼리는 접촉하고 있지 않기 때문에, 그만큼, 자속량이 감소한다.
이와 같이 본 실시형태에서는, 회전축(122) 둘레에서는, 자기 경로로서 기능하는 자성체에 의한 단면적이 넓기(특히 베어링(113)의 두께만큼 넓기) 때문에, 도 10에 나타내는 바와 같이, 코어의 외측에 위치하는 코어를 둘러싸도록 전체 둘레에 걸쳐 위치하는 극치(116b)로부터 내측으로 흐르는 자속은 분산된다.
이와 같이, 액추에이터의 중앙 부분, 즉, 자기 회로에 있어서의 중심 부분의 자로 단면적을 증가시킴으로써, 집중되는 자기 포화를 보다 효과적으로 완화시켜, 에너지 변환 효율을 추가로 개선(최대 진폭이 3.5% 향상됨)시킬 수 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 베어링(113)이 베이스 플레이트(111)에 대하여 압입에 의하여 고정되므로, 베어링(113)의 베이스 플레이트(111)에 있어서의 위치 정밀도가 향상되어, 가동체(120)의 회전축(122)에 대해서도 정확한 위치 결정을 행할 수 있다.
또, 가동체(120)는, 스프링재(비틀림 코일 스프링)(150)를 통하여 고정체(110)에 가동 가능하게 지지되어 있고, 스프링재(150)는, 고정체(110)(구체적으로는 베이스 플레이트(111))에 접합부(160)로서의 리브(161), 베이스 고정 부품(164)을 통하여 고정되어 있다. 접합부(160)는, 스프링재(150)의 타단부(154)에 있어서 자유단 측에서 고착하는 고착부(160b)와, 고착부(160b)에 근접 배치되어, 스프링재(150)의 변형 시에 발생하는 응력을 완화시키는 응력 완화부(160a)를 갖는다. 이로써, 액추에이터(100)가 구동하여 가동체(120)가 왕복 회전 운동을 행할 때에, 스프링재(150)의 타단부(154)에 응력이 발생해도, 응력 완화부에서 분산되어, 스프링재(150)에 있어서 응력이 국소적으로 집중되지 않아, 스프링 수명이 길어진다. 이로써, 장기간 구동 가능해져, 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.
또, 스프링재(150)의 타단부(154)는, 베이스 플레이트에 마련한 리브(161)와, 고정체(110)(베이스 플레이트(111))로의 장착 위치를 변경 가능한 베이스 고정 부품(164)에 의하여 고정체(110)(베이스 플레이트(111))에 고정하고 있다. 이로써, 스프링재(150)인 비틀림 코일 스프링의 제조상 발생하는 스프링의 치수 오차가 발생해도, 그 조립 시에 오차를 흡수하여, 액추에이터(100)에 있어서의 조립성의 악화를 해소할 수 있다.
또한, 상기 본 발명은, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 한, 다양한 개변을 이룰 수 있고, 그리고 본 발명이 상기 개변시킨 것에 이르는 것은 당연하다.
2015년 8월 4일에 출원된 일본 특허출원 2015-154528의 일본 출원에 포함되는 명세서, 도면 및 요약서의 개시 내용은, 모두 본원에 원용된다.
산업상 이용가능성
본 발명에 관한 액추에이터 및 전동 이미용 기구는, 간이한 구성으로, 에너지 변환 효율이 높으며, 고출력을 실현하는 효과를 갖고, 전기 제모기, 전동 칫솔 등에 적용되는 것으로서 유용하다.
100 액추에이터
110 고정체
111 베이스 플레이트
112 교류 입력부
113, 113A 베어링
114 코일부
114a 보빈
114b 코일
115 상 요크
115b, 116b 극치
115c, 116c 코어 내주부
116 하 요크
120 가동체
122 회전축
123 마그넷
124 로터 커버부
150 스프링재
160 접합부
152 일단부
154 타단부
1111 통 형상부

Claims (6)

  1. 회동축 및 당해 회동축을 중심으로 둘러싸는 둘레면에 둘레 방향을 따라 N자극면과 S자극면을 교대로 갖는 원통 형상의 마그넷부를 구비하는 가동체와,
    상기 회동축이 삽입되는 베어링, 상기 마그넷부의 둘레면에 대향하여 둘레 방향에 걸쳐 상기 베어링을 둘러싸도록 배치되고, 또한 상기 N자극면 및 상기 S자극면과 동일 수의 극치면, 및 전류가 공급됨으로써 상기 극치면을 둘레 방향에서 교대로 다른 극성으로 여자하는 코일을 구비하는 고정체를 가지며,
    상기 가동체는, 상기 극치면의 둘레 방향의 중심과 상기 마그넷부의 자극면의 전환 위치가 대향하는 위치를 회동 기준 위치로 하여, 상기 고정체에, 상기 회동축을 중심으로 둘레 방향으로 왕복 회동 가능하게 지지되고,
    상기 베어링은 자성체인, 액추에이터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 베어링은 자성을 갖는 소결 함유 베어링인, 액추에이터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정체는, 자성체의 베이스 플레이트를 갖고,
    상기 베이스 플레이트에는, 상기 가동체 측으로 돌출되며, 돌출되는 측으로부터 상기 코일이 외삽되는 중공의 통 형상부가 형성되고,
    상기 베어링은 상기 통 형상부 내에 압입 고정되어 있는, 액추에이터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 극치면은, 상기 코일을 둘러싸는 자성체로 이루어지는 코어에 마련되고,
    상기 코어는, 상기 코일을 축 방향으로 협지하도록 배치되는 원반부의 중앙부에 드로잉 가공에 의하여 형성되며, 또한 상기 코일의 내주에 배치되고, 상기 통 형상부에 외측에서 끼워지는 통 형상의 코어 내주부를 갖는, 액추에이터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 회동축은 비자성체인, 액추에이터.
  6. 청구항 1에 기재된 액추에이터를 구비하는, 전동 이미용 기구.
KR1020187003375A 2015-08-04 2016-08-02 액추에이터 및 전동 이미용 기구 KR102605967B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2015-154528 2015-08-04
JP2015154528A JP6627318B2 (ja) 2015-08-04 2015-08-04 アクチュエータ及び電動理美容器具
PCT/JP2016/003562 WO2017022243A1 (ja) 2015-08-04 2016-08-02 アクチュエータ及び電動理美容器具

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180036720A true KR20180036720A (ko) 2018-04-09
KR102605967B1 KR102605967B1 (ko) 2023-11-24

Family

ID=57942700

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187003375A KR102605967B1 (ko) 2015-08-04 2016-08-02 액추에이터 및 전동 이미용 기구

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10715022B2 (ko)
EP (1) EP3334020A4 (ko)
JP (1) JP6627318B2 (ko)
KR (1) KR102605967B1 (ko)
CN (1) CN107852078B (ko)
AU (1) AU2016303732B2 (ko)
CA (1) CA2994624C (ko)
TW (1) TWI696538B (ko)
WO (1) WO2017022243A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6627318B2 (ja) * 2015-08-04 2020-01-08 ミツミ電機株式会社 アクチュエータ及び電動理美容器具
JP6613694B2 (ja) * 2015-08-04 2019-12-04 ミツミ電機株式会社 アクチュエータ及び電動理美容器具
EP3681343A4 (en) * 2017-09-13 2021-05-19 Water Pik, Inc. ELECTRIC TOOTHBRUSH WITH FLUID DISTRIBUTION CAPACITY

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3427468B2 (ja) 1994-03-28 2003-07-14 松下電工株式会社 往復式電気かみそり
JP2004343932A (ja) * 2003-05-16 2004-12-02 Matsushita Electric Works Ltd ローリング駆動リニアアクチュエータ及びそれを用いた電動歯ブラシ
JP2007060741A (ja) * 2005-08-22 2007-03-08 Canon Inc 駆動装置
JP4123232B2 (ja) 2002-08-27 2008-07-23 松下電工株式会社 個人用電動理美容器具
JP2010104718A (ja) 2008-10-31 2010-05-13 Mitsumi Electric Co Ltd アクチュエータ及びこれを用いた電動歯ブラシ
JP2012213683A (ja) * 2011-03-31 2012-11-08 Nidec Copal Corp 振動アクチュエータ
JP2014093833A (ja) * 2012-11-01 2014-05-19 Mitsumi Electric Co Ltd アクチュエータ及び電動理美容器具

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4106484A1 (de) * 1991-03-01 1992-09-03 Papst Motoren Gmbh & Co Kg Buerstenloser gleichstrommotor fuer niedrige drehzahlen
JP3537286B2 (ja) * 1997-03-13 2004-06-14 株式会社三協精機製作所 焼結含油軸受およびそれを用いたモータ
JP2001170562A (ja) * 1999-12-16 2001-06-26 Shicoh Eng Co Ltd モータ
JP4218413B2 (ja) * 2003-05-16 2009-02-04 パナソニック電工株式会社 振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ及びそれを用いた電動歯ブラシ
DE20309115U1 (de) * 2003-06-12 2003-09-11 Sunonwealth Electr Mach Ind Co Bürstenloser Gleichstrommotor mit verminderter Dicke
JP2006187061A (ja) * 2004-12-27 2006-07-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd スピンドルモータ
JP4954478B2 (ja) * 2005-01-05 2012-06-13 Ｎｔｎ株式会社 流体軸受装置
CN102588428B (zh) * 2005-01-05 2014-12-10 Ntn株式会社 流体润滑轴承装置和具有其的电机
JP5929241B2 (ja) * 2012-01-30 2016-06-01 ミツミ電機株式会社 アクチュエーター及び電動理美容器具
JP6613694B2 (ja) * 2015-08-04 2019-12-04 ミツミ電機株式会社 アクチュエータ及び電動理美容器具
JP6627318B2 (ja) * 2015-08-04 2020-01-08 ミツミ電機株式会社 アクチュエータ及び電動理美容器具

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3427468B2 (ja) 1994-03-28 2003-07-14 松下電工株式会社 往復式電気かみそり
JP4123232B2 (ja) 2002-08-27 2008-07-23 松下電工株式会社 個人用電動理美容器具
JP2004343932A (ja) * 2003-05-16 2004-12-02 Matsushita Electric Works Ltd ローリング駆動リニアアクチュエータ及びそれを用いた電動歯ブラシ
JP2007060741A (ja) * 2005-08-22 2007-03-08 Canon Inc 駆動装置
JP2010104718A (ja) 2008-10-31 2010-05-13 Mitsumi Electric Co Ltd アクチュエータ及びこれを用いた電動歯ブラシ
JP2012213683A (ja) * 2011-03-31 2012-11-08 Nidec Copal Corp 振動アクチュエータ
JP2014093833A (ja) * 2012-11-01 2014-05-19 Mitsumi Electric Co Ltd アクチュエータ及び電動理美容器具

Also Published As

Publication number Publication date
US20180234000A1 (en) 2018-08-16
EP3334020A1 (en) 2018-06-13
CN107852078A (zh) 2018-03-27
EP3334020A4 (en) 2019-04-10
CA2994624A1 (en) 2017-02-09
KR102605967B1 (ko) 2023-11-24
AU2016303732B2 (en) 2020-04-30
CA2994624C (en) 2023-10-03
US10715022B2 (en) 2020-07-14
JP2017034912A (ja) 2017-02-09
JP6627318B2 (ja) 2020-01-08
TWI696538B (zh) 2020-06-21
TW201707901A (zh) 2017-03-01
AU2016303732A1 (en) 2018-02-22
WO2017022243A1 (ja) 2017-02-09
CN107852078B (zh) 2020-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5842789B2 (ja) アクチュエータ及び電動理美容器具
CA2668403C (en) Oscillating motor for a personal care appliance
KR20060003092A (ko) 왕복직선구동 액츄에이터 및 그를 이용한 전동칫솔
CN105686335A (zh) 用于生物体体表清洁的电动清洁毛刷
KR20180036720A (ko) 액추에이터 및 전동 이미용 기구
TWI713560B (zh) 致動器以及電動理美容器具
JP6070807B2 (ja) アクチュエータ及び電動理美容器具

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant