(57)【要約】【課題】小型でも大きなエネルギーの振動を発生できる往復運動装置を提供する。【解決手段】往復運動装置１０は、永久磁石２０と、両端の磁極面が、永久磁石２０の１つの磁極面に接する事無く対向配置され、磁性体コア３５を持つ１つ以上のコイル３２と共に電磁ヨーク３４で磁気回路を形成する電磁ヨーク部３０ａと、永久磁石２０及び電磁ヨーク部３０ａのうち何れかが移動子で、他方は固定子であり、永久磁石２０の一方の磁極面２０２の移動子の移動方向の寸法Ｔｍが、対向する電磁ヨーク部３４の２つの磁極面３４３ａ、３４３ｂに挟まれたギャップを含む前記２つの磁極面の、移動方向の寸法Ｔｙ以上となっている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石と、
前記永久磁石の少なくとも１つの磁極面と、
磁性体コアを持つ１つ以上のコイルと共に電磁ヨークで磁気回路を形成する電磁ヨーク部の２つの磁極面が、互いに接する事無く対向配置され、
前記永久磁石及び前記電磁ヨーク部のうち何れか一方が移動子で、他方は固定子であり、
前記永久磁石の一方の磁極面の移動子の移動方向の寸法Ｔｍが、対向する前記電磁ヨーク部の前記２つの磁極面に挟まれたギャップを含む前記２つの磁極面の、前記移動方向の寸法Ｔｙ以上となっている往復運動装置。
【請求項２】
請求項１記載の往復運動装置において、
前記永久磁石の磁極方向と直交する方向Ｙが厚み方向となる、該永久磁石を挟む一組の磁性体を更に備え、
前記一組の磁性体の間に、前記電磁ヨーク部が配置されている往復運動装置。
【請求項３】
永久磁石と共に磁気回路を形成するヨークを持つ永久磁石部と、
前記永久磁石部の少なくとも１つの磁極面と、
磁性体コアを持つ１つ以上のコイルと共に電磁ヨークで磁気回路を形成する電磁ヨーク部の２つの磁極面が、互いに接する事無く対向配置され、
前記永久磁石部及び前記電磁ヨーク部のうち何れか一方が移動子で、他方は固定子であり、
前記永久磁石部の一方の磁極面の、前記移動方向の寸法Ｔｍｙが、対向する前記電磁ヨーク部の前記２つの磁極面に挟まれたギャップを含む前記２つの磁極面の、前記移動方向の寸法Ｔｙ以上となっている往復運動装置。
【請求項４】
請求項３記載の往復運動装置において、
前記永久磁石部の磁極方向と直交する方向Ｙが厚み方向となる、該永久磁石部を挟む一組の磁性体を更に備え、
前記一組の磁性体の間に、前記電磁ヨーク部が配置されている往復運動装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の往復運動装置において、
前記移動子が、前記永久磁石から生じた磁極方向及び前記方向Ｙと直交する方向に延びる回転軸回りに回転往復運動する往復運動装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の往復運動装置において、
前記移動子が、前記方向Ｙに往復運動する往復運動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復運動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁気を利用した往復運動装置の主な手法は、特許文献１に開示されているように、永久磁石とコイルにコアを持たないボイスコイルを使った、一般的なスピーカーの構造に似たもの、特許文献２に開示されているように、ソレノイドに似た構造の、弾性体で宙吊りにした移動子を動かすもの、特許文献３に開示されているように、偏心重りを回転させて振動させるもの、特許文献４に開示されているように、ブラシレスＤＣモーターに見られる様な電磁ヨークと永久磁石を組み合わせた構造で振動させるもの、の４種類に大別される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４―２８２６８０号公報
【特許文献２】特開２０１３―５６３０９号公報
【特許文献３】特開２０１２―１７５７１５号公報
【特許文献４】特開２０１０―１７９２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のボイスコイル方式は大出力にしようとすると小型化は困難であった。
特許文献２のソレノイド方式は移動子を弾性体で宙吊りにして起振するが、構造上、振動運動を開始する中立位置での推力が最も低く、折り返すために減速しなければならないが、実際は往路、復路のそれぞれの終端付近（折り返し点）で推力が最も大きくなるために、振動初期の応答性の点で不利になる。
特許文献３の偏心重りを回転させる方式は同じ振幅が一定の間隔での振動に向いているが、音楽の様に常に振幅やリズムが変化するものの起振には向かない。
【０００５】
特許文献４の電磁ヨークと永久磁石の組み合わせはローレンツ力で駆動するボイスコイル方式に比べて電磁力で駆動するので小型で推力が大きなものを作りやすいが、永久磁石の磁極面に対して、２つの電磁ヨーク間のギャップとそれを含む２つの電磁ヨークの磁極面の方が大きいと、永久磁石は電磁ヨーク磁極の２つのうち、いずれかに偏って吸引されてしまう。この状態で駆動しても、高い振動効果は期待できない。移動子と固定子間のギャップを大きく取り、移動子が固定子に対して中立位置になる様に移動子をバネなどの弾性体で押さえれば、この問題は回避できるが、移動子と固定子間のギャップを大きくとる事で永久磁石の磁極面に近い強い磁界が利用出来ず、さらに弾性体を使う事で、その弾性体の力を超えなければ振動子は動かないし、動いても常に弾性体は振動を阻害する抵抗となるから駆動電流に対する振動の効率が大きく損なわれてしまう。
【０００６】
大きなエネルギーの振動を得るには、振動子の質量が大きく、その質量に負けない瞬発力と、その推力が大きく、かつその推力を阻害する抵抗が少ない構成／構造が必要である。
従来のスピーカーや、多くの往復運動装置に採用されているボイスコイルは、コイルにコアを持たないので、軽量な為にイナーシャが小さく、高い周波の応答特性は良い反面、ローレンツ力による力は、コアを持つコイルと磁石間に生じる電磁力（節点力や表面力）と比較して低く、大きなエネルギーの振動を得るには一定以上の大きさが必要となり、小型化は難しい。
【０００７】
そこでボイスコイルでは無く、磁性体コア、ヨークを持つコイルと永久磁石の組み合わせで、１つの永久磁石の磁極に対して２つの電磁ヨークの磁極がギャップをもって対向している構造であれば比較的大きな推力は得られるが、その際、永久磁石と電磁ヨーク間のギャップが狭く、永久磁石の磁極面の方が小さいと、永久磁石の磁極面に接近している２つの電磁ヨークの磁極のいずれかが偏って吸引されてしまう。
本来の理想的なポジションである一つの永久磁石の磁極面に対して２つの電磁ヨークの磁極面との距離は、無通電時、等しいニュートラルの位置には決してならず、この様な、いびつなポジションでは駆動電流に対応した十分な振動は決して得られない。
【０００８】
本発明は、小型でも大きなエネルギーの振動を発生できる往復運動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的に沿う第１の発明に係る往復運動装置は、永久磁石と、前記永久磁石の少なくとも１つの磁極面と、磁性体コアを持つ１つ以上のコイルと共に電磁ヨークで磁気回路を形成する電磁ヨーク部の２つの磁極面が、互いに接する事無く対向配置され、前記永久磁石及び前記電磁ヨーク部のうち何れか一方が移動子で、他方は固定子であり、前記永久磁石の一方の磁極面の、移動子の移動方向の寸法Ｔｍが、対向する前記電磁ヨーク部の前記２つの磁極面に挟まれたギャップを含む前記２つの磁極面の、前記移動方向の寸法Ｔｙ以上となっている。
【００１０】
第１の発明に係る往復運動装置において、前記永久磁石の磁極方向と直交する方向Ｙが厚み方向となる、該永久磁石を挟む一組の磁性体を更に備え、
前記一組の磁性体の間に、前記電磁ヨーク部が配置されていることが好ましい。
【００１１】
前記目的に沿う第２の発明に係る往復運動装置は、永久磁石と共に磁気回路を形成するヨークを持つ永久磁石部と、前記永久磁石部の少なくとも１つの磁極面と、磁性体コアを持つ１つ以上のコイルと共に電磁ヨークで磁気回路を形成する電磁ヨーク部の２つの磁極面が、互いに接する事無く対向配置され、前記永久磁石部及び前記電磁ヨーク部のうち何れか一方が移動子で、他方は固定子であり、前記永久磁石部の一方の磁極面と対向する端部の前記移動方向の寸法Ｔｍｙが、前記電磁ヨーク部の前記２つの磁極面に挟まれたギャップを含む前記２つの磁極面の、前記移動方向の寸法Ｔｙ以上となっている。
【００１２】
第２の発明に係る往復運動装置において、前記永久磁石部の磁極方向と直交する方向Ｙが厚み方向となる、該永久磁石部を挟む一組の磁性体を更に備え、
前記一組の磁性体の間に、前記電磁ヨーク部が配置されていることが好ましい。
【００１３】
第１又は第２の発明に係る往復運動装置において、
前記移動子が、前記永久磁石から生じた磁極方向及び前記方向Ｙと直交する方向に延びる回転軸回りに回転往復運動してもよい。
【００１４】
第１又は第２の発明に係る往復運動装置において、
前記移動子が、前記方向Ｙに往復運動してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、小型でも大きなエネルギーの振動を発生できる往復運動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施の形態に係る往復運動装置の外観図に加え、節点力によって生じる推力を示したものと、Ｚ軸に直交する面で切断した断面を示す断面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ同往復運動装置の変形例の外観図に加え、節点力によって生じる推力を示したものと、Ｚ軸に直交する面で切断した断面を示す断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｈ）は、それぞれ従来の往復運動装置の説明図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施の形態に係る往復運動装置及びその変形例を示す基本的な様式図である。
【図５】同往復運動装置のギャップと節点力との関係を示すグラフである。
【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ同往復運動装置の変形例を示す断面図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ同往復運動装置の変形例を示す断面図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、第１の実施の形態に係る往復運動装置の説明図及び第２の実施の形態に係る往復運動装置の永久磁石が発生する磁束線（フラックスライン）を示す説明図である。
【図９】同往復運動装置を１．６ｍｍ厚のＳＳ４００鋼の磁性体で挟んだものと、そうでないものの、印加する電流と移動子に生ずるＹ方向の節点力のそれぞれの変化を示すグラフである。
【図１０】往復運動装置に印加する２００ｍＡの直流定電流において同往復運動装置を１．６ｍｍ厚のＳＳ４００鋼の磁性体で挟んだものと、そうでないものの、移動子のニュートラルポジションからの距離と移動子に生ずるＹ方向の節点力のそれぞれの変化を示すグラフである。
【図１１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ、第１の実施の形態に係る往復運動装置、第２の実施の形態に係る往復運動装置、及び第２の実施の形態に係る往復運動装置の変形例の側断面図である。
【図１２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ、第１の実施の形態に係る往復運動装置の変形例、第３の実施の形態に係る往復動装置、及び第３の実施の形態に係る往復動装置の変形例の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。
【００１８】
〔第１の実施の形態〕
本発明の第１の実施の形態に係る往復運動装置１０は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、永久磁石（永久磁石部の一例）２０及び電磁ヨーク部３０ａ、３０ｂを備え、コイル３２に交番電流を印加することで往復運動し、振動を発生させることができる。永久磁石２０及び電磁ヨーク部３０ａ、３０ｂは、図示しないケースに収められる。
なお、図１（Ａ）において、座標系Ｏは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸からなる直交座標系である。ただし、座標系Ｏは、厳密な直交座標系でなくてもよい。
【００１９】
永久磁石２０は、Ｘ軸方向が磁極方向となる磁極を有し、図４（Ａ）に示すように、Ｙ軸方向の厚みが寸法Ｔｍとなっている。寸法Ｔｍ（厚みＴｍ）は、例えば、１０ｍｍである。永久磁石２０は、例えば、日立金属株式会社製のネオジム磁石ＮＥＯＭＡＸ４２（ＮＥＯＭＡＸは登録商標）相当の性能を有している。
なお、往復運動装置１０は、図２（Ａ）、（Ｂ）、及び図４（Ｂ）に示すように、永久磁石２０に代えて、永久磁石２２及びこの永久磁石２２の両磁極面に設けられ磁気回路を形成するヨーク２４ａ、２４ｂを備えた往復動装置１０ｙであってもよい。
【００２０】
電磁ヨーク部３０ａは、図１（Ｂ）に示すように磁性体コア３５を持つ１つ以上のコイル３２と共に電磁ヨークで磁気回路を形成し、Ｙ軸方向に扁平となっている。電磁ヨーク部３０ａは、ニュートラルポジションＰｃ（図４（Ａ）参照）を中心として、永久磁石２０に対して相対的に往復運動できる。具体的には、電磁ヨーク部３０ａは、図１（Ａ）の矢印で示すように、Ｚ軸方向に延びる回転軸ＡＸａ回りに回転往復運動する。
なお、ニュートラルポジションＰｃは、永久磁石の一方の磁極面２０２と、電磁ヨーク部３０ａの２つの磁極面３４２ａ、３４３ｂと、はギャップＧを持って対向しており（図４（Ａ）参照）、かつ電磁ヨーク部３０ａは電磁ヨーク部３０ａの移動方向に直交して、磁気的に電磁ヨーク部３０ａを２等分する面が、永久磁石部の一方の磁極面中央から磁力線が無限遠に延びる直線上と合致している状態の位置であり、コイル３２の無通電時に、電磁ヨーク３４が永久磁石２０に吸引されて静止する位置である。
【００２１】
コイル３２は、図１（Ｂ）に示すように磁性体コア３５に巻かれ、磁性体コア３５の軸方向となるＹ軸方向に扁平である。コイル３２には、コイル３２を駆動するための交番電流を印加する駆動制御器（不図示）が接続される。
電磁ヨーク３４は、コイル３２とともに磁気回路を形成する。電磁ヨーク３４はニュートラルポジションＰｃにて端面が永久磁石２０の一方の磁極面２０２（図４（Ａ）参照）と対向する。
【００２２】
詳細には、電磁ヨーク３４は、第１の電磁ヨーク３４２ａと、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向（方向Ｙ）に第１の電磁ヨーク３４２ａと間隔を空けて配置された第２の電磁ヨーク３４２ｂと、を有する。第１の電磁ヨーク３４２ａ及び第２の電磁ヨーク３４２ｂは、それぞれ例えば１．６ｍｍ厚のＳＳ４００鋼である。
第１の電磁ヨーク３４２ａは、板状であり、コイル３２の一方の面の一部を覆うようにコイル３２に接する。
第２の電磁ヨーク３４２ｂは、板状であり、コイル３２を挟んで第１の電磁ヨーク３４２ａの反対側に配置されている。第２の電磁ヨーク３４２ｂは、コイル３２を挟んで第１の電磁ヨーク３４２ａと対称となっており、コイル３２の他方の面の一部を覆うようにコイル３２に接する。
【００２３】
図４（Ａ）に示すように、永久磁石２０の一方の磁極面２０２に対面している第１の電磁ヨーク３４２ａと第２の電磁ヨーク３４２ｂの２つの磁極面３４３ａ、３４３ｂと、その間のギャップを含めたＹ軸方向又は移動子の移動方向における電磁ヨーク３４の両端面間の寸法Ｔｙ（以下、「厚みＴｙ」という場合がある。）は、永久磁石２０のＹ軸方向の厚みＴｍ以下となっている。なお、寸法Ｔｙは図４（Ａ）の構成の場合、第１の電磁ヨーク３４２ａ、コイル３２、及び第１の電磁ヨーク３４２ｂのＹ軸方向の厚みの合計であって、例えば、４．８ｍｍである。
【００２４】
電磁ヨーク部３０ｂは、図１（Ａ）に示すように、永久磁石２０を挟んで電磁ヨーク部３０ａと反対の側に配置され、矢印で示すようにＺ軸方向に延びる回転軸ＡＸｂ回りに移動（又は旋回）する。電磁ヨーク部３０ｂは、電磁ヨーク部３０ａと実質的に同一の構成となっている。
また、往復運動装置は、電磁ヨーク部３０ｂを必ずしも備えていなくてもよい。すなわち、往復運動装置は、電磁ヨーク部３０ａ、３０ｂのうち、少なくとも一方を備えていればよい。
従って、以下、電磁ヨーク部３０ｂの詳細な説明は省略し、電磁ヨーク部３０ａについてのみ説明する。
【００２５】
電磁ヨーク部３０ａは、コイル３２が無通電の状態においては、一方の磁極面２０２の厚み方向中央部に対向した位置、すなわちニュートラルポジションＰｃにて、安定して静止する。そして電磁ヨーク部３０ａがこのニュートラルポジションＰｃにある状態で、駆動制御器（不図示）がコイル３２に対して電流を印加すると、第１の電磁ヨーク３４２ａ及び第２の電磁ヨーク３４２ｂはそれぞれＮ極及びＳ極となり、電磁ヨーク部３０ａが安定して静止していた状態が崩れる。その結果、磁極面２０２に対して第１の電磁ヨーク３４２ａに吸引力が生じるとき、第２の電磁ヨーク３４２ｂには反発力が生じ、電磁ヨーク部３０ａ全体として大きな節点力が生じることで電磁ヨーク部３０ａが移動する。
【００２６】
ちなみに、第１の電磁ヨーク３４２ａ及び第２の電磁ヨーク３４２ｂが同一の極性のままコイル３２が電流を印加され電磁ヨーク部３０ａが移動することで、すぐに逆方向の節点力が発生し、電磁ヨーク部３０ａがニュートラルポジションＰｃの方向に引き戻される力が生じ移動幅は僅かなものとなる。そのため、電流の大きさを一定としてもそれ以上の節点力（電磁力）は発生せず、無駄な消費電力が発生する。そこで、駆動制御器がパルス状又はインパルス状に電流を印加することにより、無駄な消費電力が抑制される。
【００２７】
ここで、図３（Ａ）に示す往復運動装置１ｏは、永久磁石２と電磁ヨーク部４との間のギャップＧによって節点力が変化し、ギャップＧが狭まれば狭まるほど、Ｙ軸方向の節点力が増大する。
しかし、図３（Ｂ）に示す往復運動装置１ｏは、永久磁石２の厚みＴｍが、電磁ヨーク部４の厚みＴｙ未満となっており、ギャップＧを狭めると、第１の電磁ヨーク４ａ及び第２の電磁ヨーク４ｂのうちいずれか一方が永久磁石２の磁極面に偏って吸引されてしまい（図３（Ｃ）参照）、この状態でコイル５に電流を印加しても思うような振動が望めない。
【００２８】
そこで従来は、このような問題を解消するために、図３（Ｄ）及び図３（Ｅ）に示すように、一端が弾性支持体固定点Ｆｘに固定されたバネ等の弾性を有する弾性支持体６ａ、６ｂを用いて移動子となる電磁ヨーク部４を押さえつけるように支持するとともに、節点力を上げるためギャップＧを狭めると図３（Ｄ）の弾性支持体６ａの様に弾性率の高いバネ等の弾性体で支持しなければならないが、せっかく上昇させた節点力の一部を弾性率の高い弾性体が消費してしまう。
逆に図３（Ｅ）の弾性支持体６ｂの様にギャップＧを拡げると弾性率の低い弾性体が使え、節点力の損失も少ない代わりに、生じる節点力そのものも減少してしまう。この様に同じ電流を電磁ヨーク部４に印加しても、ギャップＧと弾性体の弾性率は、得られる節点力に関してトレードオフの関係にある。
【００２９】
永久磁石側２が可動となる往復運動装置１ｂ（図３（Ｆ）参照）の場合も同様であり、永久磁石２の厚みＴｍが、電磁ヨーク部４の厚みＴｙ未満となっている場合には、永久磁石２が第１の電磁ヨーク４ａ及び第２の電磁ヨーク４ｂのうちいずれか一方に吸引されてしまうため、図３（Ｇ）及び図３（Ｈ）に示すように、バネ等の弾性を有する弾性支持体を用いて永久磁石２を押さえつけるように支持するとともに、節点力を上げるためギャップＧを狭めると図３（Ｇ）の弾性支持体７ａの様に弾性率の高いバネ等の弾性体で支持しなければならないが、せっかく上昇させた節点力の一部を弾性率の高い弾性体が消費してしまう。
逆に図３（Ｈ）の弾性支持体７ｂ様にギャップＧを拡げると弾性率の低い弾性体が使え、節点力の損失も少ない代わりに、生じる節点力そのものも減少してしまう。この様に同じ電流を電磁ヨーク部３に印加しても、ギャップＧと弾性体の弾性率は、得られる節点力に関してトレードオフの関係にある。
【００３０】
発明者は、更なる節点力を得るべく、永久磁石２０と電磁ヨーク部３０ａのみを備えた往復運動装置のモデル（電磁ヨーク部３０ｂを備えていない往復運動装置のモデル）を用いて有限要素法によるシミュレーションを繰り返し実施した。
図５は、往復運動装置のモデルを用いたシミュレーションの結果の一例であり、横軸がギャップＧ［ｍｍ］、縦軸が節点力［Ｎ］を示している。シミュレーション条件は、永久磁石２０の厚みＴｍが１０ｍｍ、磁化方向の幅は５ｍｍ、電磁ヨーク部３０ａの厚みＴｙが４．８ｍｍ、コイル３２の巻数が８００Ｔ、コイル３２に印加する電流の大きさが１００ｍＡである。なお、永久磁石２０は、日立金属株式会社製のネオジム磁石ＮＥＯＭＡＸ４２（ＮＥＯＭＡＸは登録商標）相当の性能としている。また、磁性体コア３５及び電磁ヨーク３４２ａ、３４２ｂの材質は、ＳＳ４００鋼である。
シミュレーションの結果から、永久磁石２０の厚みＴｍが、電磁ヨーク部３０ａの厚みＴｙ以上であれば、バネ等を使って矯正しなくとも、電磁ヨーク部３０ａが永久磁石２０の磁極面２０２に偏って吸引されないのでギャップＧを可能な限り狭められ、更に同じ駆動電流でもギャップＧが狭まれば狭まるほど、初動時におけるＹ軸方向の節点力が増大することが明らかになった。
従って、往復運動装置１０によれば、小型でも大きなエネルギーの振動を発生できる。
【００３１】
なお、往復運動装置１０の変形例として、図６（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ示す往復運動装置４００ａ〜４００ｄ及び図７（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ示す往復運動装置５００ａ〜５００ｄが挙げられる。
往復運動装置４００ａ〜４００ｄは、永久磁石の厚み又は電磁ヨーク部の形状が相違している。
往復運動装置５００ａ〜５００ｄは、永久磁石の両磁極面に設けられ磁気回路を形成するヨークのＹ方向の厚み又は電磁ヨーク部の形状が相違している。
永久磁石の磁極面の寸法Ｔｍや寸法Ｔｍｙに対向している２つの電磁ヨークの磁極面は、図６の（Ｄ）及び図７の（Ｄ）の様に寸法Ｔｙが、寸法Ｔｍや寸法Ｔｍｙより小さくなる様に電磁ヨークの磁極面の一部を面取り（ベベル）してもよい。
【００３２】
〔第２の実施の形態〕
続いて、本発明の第２の実施の形態に係る往復運動装置１０ａ（図８（Ｂ）及び図１１（Ｂ）参照）について説明する。第１の実施の形態に係る往復運動装置１０（図１１（Ａ）参照）と同一の構成要素については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
なお、往復運動装置１０ａも、第１の実施の形態に係る往復運動装置１０と同様、永久磁石２０を挟んで電磁ヨーク部３０ａと反対の側に配置された電磁ヨーク部３０ｂを備えていてもよい。
【００３３】
往復運動装置１０ａは、往復運動装置１０と比較すると、永久磁石２０を挟む一組の磁性体プレート（磁性体の一例）８０ａ、８０ｂを更に備えている。
一組の磁性体プレート８０ａ、８０ｂは、それぞれ例えば板状の磁性体であり、１．６ｍｍ厚のＳＳ４００鋼である。各磁性体プレート８０ａ、８０ｂは、永久磁石２０の磁極方向と直交するＹ軸方向（方向Ｙ）が厚み方向となっている。
電磁ヨーク部３０ａは、この一組の磁性体プレート８０ａ、８０ｂの間に配置されている。
【００３４】
往復運動装置１０ａは、永久磁石２０を挟む一組の磁性体プレート８０ａ、８０ｂを備えているので、図８（Ａ）に示す第１の実施の形態に係る往復運動装置１０と比較すると、永久磁石２０の強い磁力が外部に漏れることが大幅に抑えられている。
ここで、図９は、往復運動装置１０ａ及び第１の実施の形態に係る往復運動装置１０に関する、電磁ヨーク部３０ａのニュートラルポジションＰｃ（図４（Ａ）参照）からの距離［ｍｍ］と電磁ヨーク部が発生する節点力［Ｎ］との関係を示すグラフである。図１０に示すように、往復運動装置１０と比較して、移動範囲全体としては、往復運動装置１０ａの電磁ヨーク部３０ａが発生する節点力は２００ｍＡの時、往復運動装置１０ａは１０の約２倍と大きく増加する。しかし、移動するにつれてすぐに節点力は大きく減少するものの依然として生じる力は第１の実施の形態に係る往復運動装置１０より本実施の形態に係る往復運動装置１０ａの方が大きく、節点力がゼロになる距離も往復運動装置１０ａの方がより遠くなる。
すなわち、往復運動装置１０と比較すると、往復運動装置１０ａの方が、同じ電流でも、より大きな振動を得る事ができ、かつ永久磁石２０の強い磁力線が外部に漏れることが抑制される。
なお、図１１（Ｃ）に示す往復運動装置１０ｂのように、永久磁石２０と接触させず、空気や真空、非磁性体を挟んで磁性体プレート８０ａ、８０ｂを配置する方が防磁効果は高い。
【００３５】
〔第３の実施の形態〕
続いて、本発明の第３の実施の形態に係る往復運動装置１０ｙａ（図１２（Ｂ）参照）について説明する。図２（Ａ）、（Ｂ）、図４（Ｂ）、及び図１２（Ａ）に示す往復運動装置１０ｙと同一の構成要素については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
なお、往復運動装置１０ｂも、第１の実施の形態に係る往復運動装置１０、１０ｙと同様、永久磁石２２を挟んで電磁ヨーク部３０ａと反対の側に配置された電磁ヨーク部３０ｂを備えていてもよい。
【００３６】
往復運動装置１０ｙａは、往復運動装置１０ｙと比較すると、永久磁石２２を挟む一組の磁性体プレート（磁性体の一例）８０ｙａ、８０ｙｂを更に備えている。
一組の磁性体プレート８０ｙａ、８０ｙｂは、それぞれ例えば板状の磁性体であり、１．６ｍｍ厚のＳＳ４００鋼である。各磁性体プレート８０ｙａ、８０ｙｂは、永久磁石２２の磁極方向と直交するＹ軸方向（方向Ｙ）が厚み方向となっている。
電磁ヨーク部３０ａは、この一組の磁性体プレート８０ｙａ、８０ｙｂの間に配置されている。
【００３７】
このように、往復運動装置１０ｙａは、永久磁石２２を挟む一組の磁性体プレート８０ｙａ、８０ｙｂを備えているので、図１２（Ａ）に示す往復運動装置１０ｙと比較すると、永久磁石２２の強い磁力が外部に漏れることが大幅に抑えられている。
なお、図１２（Ｃ）に示す往復運動装置１０ｙｂのように、永久磁石２２と接触させず、空気や真空、非磁性体を挟んで磁性体プレート８０ｙａ、８０ｙｂを配置する方が防磁効果は高い。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
【００３９】
前述の実施の形態において、往復運動装置は、固定子が永久磁石部側であり、移動子がコイル側であったが、これらを入れ替えて、固定子をコイル側とし、移動子を永久磁石部側としてもよい。すなわち、電磁ヨーク部が、永久磁石部に対して相対的に往復運動できればよい。
また、電磁ヨーク部３０ａ、３０ｂは、ニュートラルポジションＰｃを中心として回転往復運動していたが、Ｙ軸方向に往復運動（並進運動）してもよい。
【００４０】
前述の実施の形態にて説明した往復運動装置は、用途が限定されるものではない。往復運動装置は、例えば、振動体感装置やマッサージ器、起震機、ポンプ、魚を模したいわゆる魚ロボットの尾ひれ部分を駆動するための駆動装置として適用することも可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１ａ、１ｂ、１ｏ  往復運動装置
２  永久磁石
４  電磁ヨーク部
４ａ  第１の電磁ヨーク
４ｂ  第２の電磁ヨーク
５  コイル
６ａ、６ｂ  弾性支持体
７ａ、７ｂ  弾性支持体
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｙ、１０ｙａ、１０ｙｂ  往復運動装置
２０、２２  永久磁石
２４ａ、２４ｂ  ヨーク
３０ａ、３０ｂ  電磁ヨーク部
３２、３２ｂ  コイル
３４、３４ｂ  電磁ヨーク
３５  磁性体コア
８０ａ、８０ｂ、８０ｙａ，８０ｙｂ  磁性体プレート
２０２、２０２ｙ  磁極面
３４２ａ  第１の電磁ヨーク
３４２ｂ  第２の電磁ヨーク
３４３ａ、３４３ｂ  磁極面
４００ａ〜４００ｄ  往復運動装置
５００ａ〜５００ｄ  往復運動装置
Ａｘａ、Ａｘｂ  回転軸
Ｆｘ  弾性支持体固定点
【図１】
2018198514.tif 000003
【図２】
2018198514.tif 000004
【図３】
2018198514.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018198514.tif 000007
【図６】
2018198514.tif 000008
【図７】
2018198514.tif 000009
【図８】
2018198514.tif 000010
【図９】
2018198514.tif 000011
【図１０】
2018198514.tif 000012
【図１１】
2018198514.tif 000013
【図１２】
2018198514.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月1日(2017.11.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を備え、
前記永久磁石の少なくとも１つの磁極面と、磁性体コアを持つ１つ以上のコイルと共に電磁ヨークで磁気回路を形成する電磁ヨーク部の２つの磁極面が、互いに接する事無く対向配置され、
前記永久磁石及び前記電磁ヨーク部のうち何れか一方が移動子で、他方は固定子であり、
前記永久磁石の一方の磁極面の移動子の移動方向の寸法Ｔｍが、対向する前記電磁ヨーク部の前記２つの磁極面に挟まれたギャップを含む前記２つの磁極面の、前記移動方向の寸法Ｔｙ以上となっている往復運動装置。
【請求項２】
請求項１記載の往復運動装置において、
前記永久磁石の磁極方向と直交する方向Ｙが厚み方向となる、該永久磁石を該方向Ｙの方向に挟む一組の磁性体を更に備え、
前記一組の磁性体の間に、前記電磁ヨーク部が配置されている往復運動装置。
【請求項３】
永久磁石と共に磁気回路を形成するヨークを持つ永久磁石部を備え、
前記永久磁石部の少なくとも１つの磁極面と、磁性体コアを持つ１つ以上のコイルと共に電磁ヨークで磁気回路を形成する電磁ヨーク部の２つの磁極面が、互いに接する事無く対向配置され、
前記永久磁石部及び前記電磁ヨーク部のうち何れか一方が移動子で、他方は固定子であり、
前記永久磁石部の一方の磁極面の、前記移動方向の寸法Ｔｍｙが、対向する前記電磁ヨーク部の前記２つの磁極面に挟まれたギャップを含む前記２つの磁極面の、前記移動方向の寸法Ｔｙ以上となっている往復運動装置であって、
前記永久磁石部の磁極方向と直交する方向Ｙが厚み方向となる、該永久磁石部を該方向Ｙの方向に挟む一組の磁性体を更に備え、
前記一組の磁性体の間に、前記電磁ヨーク部が配置されている往復運動装置。
【請求項４】
請求項２又は３のいずれか１項に記載の往復運動装置において、
前記移動子が、前記永久磁石から生じた磁極方向及び前記方向Ｙと直交する方向に延びる回転軸回りに回転往復運動する往復運動装置。
【請求項５】
請求項２又は３のいずれか１項に記載の往復運動装置において、
前記移動子が、前記方向Ｙに往復運動する往復運動装置。
【請求項６】
永久磁石と共に磁気回路を形成するヨークを持つ永久磁石部と、
前記ヨークを挟んで前記永久磁石と反対の側に配置され、磁性体コアを持つ１つ以上のコイルと共に電磁ヨークで磁気回路を形成する電磁ヨーク部と、を備え、
前記ヨークの磁極面と、前記電磁ヨーク部の２つの磁極面が、互いに接する事無く対向配置され、
前記永久磁石部及び前記電磁ヨーク部のうち何れか一方が移動子で、他方は固定子であり、
前記永久磁石部の一方の磁極面の、前記移動方向の寸法Ｔｍｙが、対向する前記電磁ヨーク部の前記２つの磁極面に挟まれたギャップを含む前記２つの磁極面の、前記移動方向の寸法Ｔｙ以上となっている往復運動装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復運動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁気を利用した往復運動装置の主な手法は、特許文献１に開示されているように、永久磁石とコイルにコアを持たないボイスコイルを使った、一般的なスピーカーの構造に似たもの、特許文献２に開示されているように、ソレノイドに似た構造の、弾性体で宙吊りにした移動子を動かすもの、特許文献３に開示されているように、偏心重りを回転させて振動させるもの、特許文献４に開示されているように、ブラシレスＤＣモーターに見られる様な電磁ヨークと永久磁石を組み合わせた構造で振動させるもの、の４種類に大別される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４―２８２６８０号公報
【特許文献２】特開２０１３―５６３０９号公報
【特許文献３】特開２０１２―１７５７１５号公報
【特許文献４】特開２０１０―１７９２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のボイスコイル方式は大出力にしようとすると小型化は困難であった。
特許文献２のソレノイド方式は移動子を弾性体で宙吊りにして起振するが、構造上、振動運動を開始する中立位置での推力が最も低く、折り返すために減速しなければならないが、実際は往路、復路のそれぞれの終端付近（折り返し点）で推力が最も大きくなるために、振動初期の応答性の点で不利になる。
特許文献３の偏心重りを回転させる方式は同じ振幅が一定の間隔での振動に向いているが、音楽の様に常に振幅やリズムが変化するものの起振には向かない。
【０００５】
特許文献４の電磁ヨークと永久磁石の組み合わせはローレンツ力で駆動するボイスコイル方式に比べて電磁力で駆動するので小型で推力が大きなものを作りやすいが、永久磁石の磁極面に対して、２つの電磁ヨーク間のギャップとそれを含む２つの電磁ヨークの磁極面の方が大きいと、永久磁石は電磁ヨーク磁極の２つのうち、いずれかに偏って吸引されてしまう。この状態で駆動しても、高い振動効果は期待できない。移動子と固定子間のギャップを大きく取り、移動子が固定子に対して中立位置になる様に移動子をバネなどの弾性体で押さえれば、この問題は回避できるが、移動子と固定子間のギャップを大きくとる事で永久磁石の磁極面に近い強い磁界が利用出来ず、さらに弾性体を使う事で、その弾性体の力を超えなければ振動子は動かないし、動いても常に弾性体は振動を阻害する抵抗となるから駆動電流に対する振動の効率が大きく損なわれてしまう。
【０００６】
大きなエネルギーの振動を得るには、振動子の質量が大きく、その質量に負けない瞬発力と、その推力が大きく、かつその推力を阻害する抵抗が少ない構成／構造が必要である。
従来のスピーカーや、多くの往復運動装置に採用されているボイスコイルは、コイルにコアを持たないので、軽量な為にイナーシャが小さく、高い周波の応答特性は良い反面、ローレンツ力による力は、コアを持つコイルと磁石間に生じる電磁力（節点力や表面力）と比較して低く、大きなエネルギーの振動を得るには一定以上の大きさが必要となり、小型化は難しい。
【０００７】
そこでボイスコイルでは無く、磁性体コア、ヨークを持つコイルと永久磁石の組み合わせで、１つの永久磁石の磁極に対して２つの電磁ヨークの磁極がギャップをもって対向している構造であれば比較的大きな推力は得られるが、その際、永久磁石と電磁ヨーク間のギャップが狭く、永久磁石の磁極面の方が小さいと、永久磁石の磁極面に接近している２つの電磁ヨークの磁極のいずれかが偏って吸引されてしまう。
本来の理想的なポジションである一つの永久磁石の磁極面に対して２つの電磁ヨークの磁極面との距離は、無通電時、等しいニュートラルの位置には決してならず、この様な、いびつなポジションでは駆動電流に対応した十分な振動は決して得られない。
【０００８】
本発明は、小型でも大きなエネルギーの振動を発生できる往復運動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的に沿う第１の発明に係る往復運動装置は、永久磁石を備え、前記永久磁石の少なくとも１つの磁極面と、磁性体コアを持つ１つ以上のコイルと共に電磁ヨークで磁気回路を形成する電磁ヨーク部の２つの磁極面が、互いに接する事無く対向配置され、前記永久磁石及び前記電磁ヨーク部のうち何れか一方が移動子で、他方は固定子であり、前記永久磁石の一方の磁極面の、移動子の移動方向の寸法Ｔｍが、対向する前記電磁ヨーク部の前記２つの磁極面に挟まれたギャップを含む前記２つの磁極面の、前記移動方向の寸法Ｔｙ以上となっている。
【００１０】
第１の発明に係る往復運動装置において、前記永久磁石の磁極方向と直交する方向Ｙが厚み方向となる、該永久磁石を該方向Ｙの方向に挟む一組の磁性体を更に備え、前記一組の磁性体の間に、前記電磁ヨーク部が配置されていることが好ましい。
【００１１】
前記目的に沿う第２の発明に係る往復運動装置は、永久磁石と共に磁気回路を形成するヨークを持つ永久磁石部を備え、前記永久磁石部の少なくとも１つの磁極面と、磁性体コアを持つ１つ以上のコイルと共に電磁ヨークで磁気回路を形成する電磁ヨーク部の２つの磁極面が、互いに接する事無く対向配置され、前記永久磁石部及び前記電磁ヨーク部のうち何れか一方が移動子で、他方は固定子であり、前記永久磁石部の一方の磁極面の、前記移動方向の寸法Ｔｍｙが、対向する前記電磁ヨーク部の前記２つの磁極面に挟まれたギャップを含む前記２つの磁極面の、前記移動方向の寸法Ｔｙ以上となっている往復運動装置であって、前記永久磁石部の磁極方向と直交する方向Ｙが厚み方向となる、該永久磁石部を該方向Ｙの方向に挟む一組の磁性体を更に備え、前記一組の磁性体の間に、前記電磁ヨーク部が配置されている。
【００１２】
第１又は第２の発明に係る往復運動装置において、前記移動子が、前記永久磁石から生じた磁極方向及び前記方向Ｙと直交する方向に延びる回転軸回りに回転往復運動してもよい。
【００１３】
第１又は第２の発明に係る往復運動装置において、前記移動子が、前記方向Ｙに往復運動してもよい。
【００１４】
前記目的に沿う第３の発明に係る往復運動装置は、永久磁石と共に磁気回路を形成するヨークを持つ永久磁石部と、前記ヨークを挟んで前記永久磁石と反対の側に配置され、磁性体コアを持つ１つ以上のコイルと共に電磁ヨークで磁気回路を形成する電磁ヨーク部と、を備え、前記ヨークの磁極面と、前記電磁ヨーク部の２つの磁極面が、互いに接する事無く対向配置され、前記永久磁石部及び前記電磁ヨーク部のうち何れか一方が移動子で、他方は固定子であり、前記永久磁石部の一方の磁極面の、前記移動方向の寸法Ｔｍｙが、対向する前記電磁ヨーク部の前記２つの磁極面に挟まれたギャップを含む前記２つの磁極面の、前記移動方向の寸法Ｔｙ以上となっている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、小型でも大きなエネルギーの振動を発生できる往復運動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施の形態に係る往復運動装置の外観図に加え、節点力によって生じる推力を示したものと、Ｚ軸に直交する面で切断した断面を示す断面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ同往復運動装置の変形例の外観図に加え、節点力によって生じる推力を示したものと、Ｚ軸に直交する面で切断した断面を示す断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｈ）は、それぞれ従来の往復運動装置の説明図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施の形態に係る往復運動装置及びその変形例を示す基本的な様式図である。
【図５】同往復運動装置のギャップと節点力との関係を示すグラフである。
【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ同往復運動装置の変形例を示す断面図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ同往復運動装置の変形例を示す断面図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、第１の実施の形態に係る往復運動装置の説明図及び第２の実施の形態に係る往復運動装置の永久磁石が発生する磁束線（フラックスライン）を示す説明図である。
【図９】同往復運動装置を１．６ｍｍ厚のＳＳ４００鋼の磁性体で挟んだものと、そうでないものの、印加する電流と移動子に生ずるＹ軸方向の節点力のそれぞれの変化を示すグラフである。
【図１０】往復運動装置に印加する２００ｍＡの直流定電流において同往復運動装置を１．６ｍｍ厚のＳＳ４００鋼の磁性体で挟んだものと、そうでないものの、移動子のニュートラルポジションからの距離と移動子に生ずるＹ軸方向の節点力のそれぞれの変化を示すグラフである。
【図１１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ、第１の実施の形態に係る往復運動装置、第２の実施の形態に係る往復運動装置、及び第２の実施の形態に係る往復運動装置の変形例の側断面図である。
【図１２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ、第１の実施の形態に係る往復運動装置の変形例、第３の実施の形態に係る往復動装置、及び第３の実施の形態に係る往復動装置の変形例の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。
【００１８】
〔第１の実施の形態〕
本発明の第１の実施の形態に係る往復運動装置１０は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、永久磁石（永久磁石部の一例）２０及び電磁ヨーク部３０ａ、３０ｂを備え、コイル３２に交番電流を印加することで往復運動し、振動を発生させることができる。永久磁石２０及び電磁ヨーク部３０ａ、３０ｂは、図示しないケースに収められる。
なお、図１（Ａ）において、座標系Ｏは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸からなる直交座標系である。ただし、座標系Ｏは、厳密な直交座標系でなくてもよい。
【００１９】
永久磁石２０は、Ｘ軸方向が磁極方向となる磁極を有し、図４（Ａ）に示すように、Ｙ軸方向の厚みが寸法Ｔｍとなっている。寸法Ｔｍ（厚みＴｍ）は、例えば、１０ｍｍである。永久磁石２０は、例えば、日立金属株式会社製のネオジム磁石ＮＥＯＭＡＸ４２（ＮＥＯＭＡＸは登録商標）相当の性能を有している。
なお、往復運動装置１０は、図２（Ａ）、（Ｂ）、及び図４（Ｂ）に示すように、永久磁石２０に代えて、永久磁石２２及びこの永久磁石２２の両磁極面に設けられ磁気回路を形成するヨーク２４ａ、２４ｂを備えた往復動装置１０ｙであってもよい。
【００２０】
電磁ヨーク部３０ａは、図１（Ｂ）に示すように磁性体コア３５を持つ１つ以上のコイル３２と共に電磁ヨークで磁気回路を形成し、Ｙ軸方向に扁平となっている。電磁ヨーク部３０ａは、ニュートラルポジションＰｃ（図４（Ａ）参照）を中心として、永久磁石２０に対して相対的に往復運動できる。具体的には、電磁ヨーク部３０ａは、図１（Ａ）の矢印で示すように、Ｚ軸方向に延びる回転軸ＡＸａ回りに回転往復運動する。
なお、ニュートラルポジションＰｃは、永久磁石の一方の磁極面２０２と、電磁ヨーク部３０ａの２つの磁極面３４２ａ、３４３ｂと、はギャップＧを持って対向しており（図４（Ａ）参照）、かつ電磁ヨーク部３０ａは電磁ヨーク部３０ａの移動方向に直交して、磁気的に電磁ヨーク部３０ａを２等分する面が、永久磁石部の一方の磁極面中央から磁力線が無限遠に延びる直線上と合致している状態の位置であり、コイル３２の無通電時に、電磁ヨーク３４が永久磁石２０に吸引されて静止する位置である。
【００２１】
コイル３２は、図１（Ｂ）に示すように磁性体コア３５に巻かれ、磁性体コア３５の軸方向となるＹ軸方向に扁平である。コイル３２には、コイル３２を駆動するための交番電流を印加する駆動制御器（不図示）が接続される。
電磁ヨーク３４は、コイル３２とともに磁気回路を形成する。電磁ヨーク３４はニュートラルポジションＰｃにて端面が永久磁石２０の一方の磁極面２０２（図４（Ａ）参照）と対向する。
【００２２】
詳細には、電磁ヨーク３４は、第１の電磁ヨーク３４２ａと、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向（方向Ｙ）に第１の電磁ヨーク３４２ａと間隔を空けて配置された第２の電磁ヨーク３４２ｂと、を有する。第１の電磁ヨーク３４２ａ及び第２の電磁ヨーク３４２ｂは、それぞれ例えば１．６ｍｍ厚のＳＳ４００鋼である。
第１の電磁ヨーク３４２ａは、板状であり、コイル３２の一方の面の一部を覆うようにコイル３２に接する。
第２の電磁ヨーク３４２ｂは、板状であり、コイル３２を挟んで第１の電磁ヨーク３４２ａの反対側に配置されている。第２の電磁ヨーク３４２ｂは、コイル３２を挟んで第１の電磁ヨーク３４２ａと対称となっており、コイル３２の他方の面の一部を覆うようにコイル３２に接する。
【００２３】
図４（Ａ）に示すように、永久磁石２０の一方の磁極面２０２に対面している第１の電磁ヨーク３４２ａと第２の電磁ヨーク３４２ｂの２つの磁極面３４３ａ、３４３ｂと、その間のギャップを含めたＹ軸方向又は移動子の移動方向における電磁ヨーク３４の両端面間の寸法Ｔｙ（以下、「厚みＴｙ」という場合がある。）は、永久磁石２０のＹ軸方向の厚みＴｍ以下となっている。なお、寸法Ｔｙは図４（Ａ）の構成の場合、第１の電磁ヨーク３４２ａ、コイル３２、及び第１の電磁ヨーク３４２ｂのＹ軸方向の厚みの合計であって、例えば、４．８ｍｍである。
【００２４】
電磁ヨーク部３０ｂは、図１（Ａ）に示すように、永久磁石２０を挟んで電磁ヨーク部３０ａと反対の側に配置され、矢印で示すようにＺ軸方向に延びる回転軸ＡＸｂ回りに移動（又は旋回）する。電磁ヨーク部３０ｂは、電磁ヨーク部３０ａと実質的に同一の構成となっている。
また、往復運動装置は、電磁ヨーク部３０ｂを必ずしも備えていなくてもよい。すなわち、往復運動装置は、電磁ヨーク部３０ａ、３０ｂのうち、少なくとも一方を備えていればよい。
従って、以下、電磁ヨーク部３０ｂの詳細な説明は省略し、電磁ヨーク部３０ａについてのみ説明する。
【００２５】
電磁ヨーク部３０ａは、コイル３２が無通電の状態においては、一方の磁極面２０２の厚み方向中央部に対向した位置、すなわちニュートラルポジションＰｃにて、安定して静止する。そして電磁ヨーク部３０ａがこのニュートラルポジションＰｃにある状態で、駆動制御器（不図示）がコイル３２に対して電流を印加すると、第１の電磁ヨーク３４２ａ及び第２の電磁ヨーク３４２ｂはそれぞれＮ極及びＳ極となり、電磁ヨーク部３０ａが安定して静止していた状態が崩れる。その結果、磁極面２０２に対して第１の電磁ヨーク３４２ａに吸引力が生じるとき、第２の電磁ヨーク３４２ｂには反発力が生じ、電磁ヨーク部３０ａ全体として大きな節点力が生じることで電磁ヨーク部３０ａが移動する。
【００２６】
ちなみに、第１の電磁ヨーク３４２ａ及び第２の電磁ヨーク３４２ｂが同一の極性のままコイル３２が電流を印加され電磁ヨーク部３０ａが移動することで、すぐに逆方向の節点力が発生し、電磁ヨーク部３０ａがニュートラルポジションＰｃの方向に引き戻される力が生じ移動幅は僅かなものとなる。そのため、電流の大きさを一定としてもそれ以上の節点力（電磁力）は発生せず、無駄な消費電力が発生する。そこで、駆動制御器がパルス状又はインパルス状に電流を印加することにより、無駄な消費電力が抑制される。
【００２７】
ここで、図３（Ａ）に示す往復運動装置１ｏは、永久磁石２と電磁ヨーク部４との間のギャップＧによって節点力が変化し、ギャップＧが狭まれば狭まるほど、Ｙ軸方向の節点力が増大する。
しかし、図３（Ｂ）に示す往復運動装置１ｏは、永久磁石２の厚みＴｍが、電磁ヨーク部４の厚みＴｙ未満となっており、ギャップＧを狭めると、第１の電磁ヨーク４ａ及び第２の電磁ヨーク４ｂのうちいずれか一方が永久磁石２の磁極面に偏って吸引されてしまい（図３（Ｃ）参照）、この状態でコイル５に電流を印加しても思うような振動が望めない。
【００２８】
そこで従来は、このような問題を解消するために、図３（Ｄ）及び図３（Ｅ）に示すように、一端が弾性支持体固定点Ｆｘに固定されたバネ等の弾性を有する弾性支持体６ａ、６ｂを用いて移動子となる電磁ヨーク部４を押さえつけるように支持するとともに、節点力を上げるためギャップＧを狭めると図３（Ｄ）の弾性支持体６ａの様に弾性率の高いバネ等の弾性体で支持しなければならないが、せっかく上昇させた節点力の一部を弾性率の高い弾性体が消費してしまう。
逆に図３（Ｅ）の弾性支持体６ｂの様にギャップＧを拡げると弾性率の低い弾性体が使え、節点力の損失も少ない代わりに、生じる節点力そのものも減少してしまう。この様に同じ電流を電磁ヨーク部４に印加しても、ギャップＧと弾性体の弾性率は、得られる節点力に関してトレードオフの関係にある。
【００２９】
永久磁石側２が可動となる往復運動装置１ｂ（図３（Ｆ）参照）の場合も同様であり、永久磁石２の厚みＴｍが、電磁ヨーク部４の厚みＴｙ未満となっている場合には、永久磁石２が第１の電磁ヨーク４ａ及び第２の電磁ヨーク４ｂのうちいずれか一方に吸引されてしまうため、図３（Ｇ）及び図３（Ｈ）に示すように、バネ等の弾性を有する弾性支持体を用いて永久磁石２を押さえつけるように支持するとともに、節点力を上げるためギャップＧを狭めると図３（Ｇ）の弾性支持体７ａの様に弾性率の高いバネ等の弾性体で支持しなければならないが、せっかく上昇させた節点力の一部を弾性率の高い弾性体が消費してしまう。
逆に図３（Ｈ）の弾性支持体７ｂ様にギャップＧを拡げると弾性率の低い弾性体が使え、節点力の損失も少ない代わりに、生じる節点力そのものも減少してしまう。この様に同じ電流を電磁ヨーク部３に印加しても、ギャップＧと弾性体の弾性率は、得られる節点力に関してトレードオフの関係にある。
【００３０】
発明者は、更なる節点力を得るべく、永久磁石２０と電磁ヨーク部３０ａのみを備えた往復運動装置のモデル（電磁ヨーク部３０ｂを備えていない往復運動装置のモデル）を用いて有限要素法によるシミュレーションを繰り返し実施した。
図５は、往復運動装置のモデルを用いたシミュレーションの結果の一例であり、横軸がギャップＧ［ｍｍ］、縦軸が節点力［Ｎ］を示している。シミュレーション条件は、永久磁石２０の厚みＴｍが１０ｍｍ、磁化方向の幅は５ｍｍ、電磁ヨーク部３０ａの厚みＴｙが４．８ｍｍ、コイル３２の巻数が８００Ｔ、コイル３２に印加する電流の大きさが１００ｍＡである。なお、永久磁石２０は、日立金属株式会社製のネオジム磁石ＮＥＯＭＡＸ４２（ＮＥＯＭＡＸは登録商標）相当の性能としている。また、磁性体コア３５及び電磁ヨーク３４２ａ、３４２ｂの材質は、ＳＳ４００鋼である。
シミュレーションの結果から、永久磁石２０の厚みＴｍが、電磁ヨーク部３０ａの厚みＴｙ以上であれば、バネ等を使って矯正しなくとも、電磁ヨーク部３０ａが永久磁石２０の磁極面２０２に偏って吸引されないのでギャップＧを可能な限り狭められ、更に同じ駆動電流でもギャップＧが狭まれば狭まるほど、初動時におけるＹ軸方向の節点力が増大することが明らかになった。
従って、往復運動装置１０によれば、小型でも大きなエネルギーの振動を発生できる。
【００３１】
なお、往復運動装置１０の変形例として、図６（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ示す往復運動装置４００ａ〜４００ｄ及び図７（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ示す往復運動装置５００ａ〜５００ｄが挙げられる。
往復運動装置４００ａ〜４００ｄは、永久磁石の厚み又は電磁ヨーク部の形状が相違している。
往復運動装置５００ａ〜５００ｄは、永久磁石の両磁極面に設けられ磁気回路を形成するヨークのＹ軸方向の厚み又は電磁ヨーク部の形状が相違している。
永久磁石の磁極面の寸法Ｔｍや寸法Ｔｍｙに対向している２つの電磁ヨークの磁極面は、図６の（Ｄ）及び図７の（Ｄ）の様に寸法Ｔｙが、寸法Ｔｍや寸法Ｔｍｙより小さくなる様に電磁ヨークの磁極面の一部を面取り（ベベル）してもよい。
【００３２】
〔第２の実施の形態〕
続いて、本発明の第２の実施の形態に係る往復運動装置１０ａ（図８（Ｂ）及び図１１（Ｂ）参照）について説明する。第１の実施の形態に係る往復運動装置１０（図１１（Ａ）参照）と同一の構成要素については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
なお、往復運動装置１０ａも、第１の実施の形態に係る往復運動装置１０と同様、永久磁石２０を挟んで電磁ヨーク部３０ａと反対の側に配置された電磁ヨーク部３０ｂを備えていてもよい。
【００３３】
往復運動装置１０ａは、往復運動装置１０と比較すると、永久磁石２０を挟む一組の磁性体プレート（磁性体の一例）８０ａ、８０ｂを更に備えている。
一組の磁性体プレート８０ａ、８０ｂは、それぞれ例えば板状の磁性体であり、１．６ｍｍ厚のＳＳ４００鋼である。各磁性体プレート８０ａ、８０ｂは、永久磁石２０の磁極方向と直交するＹ軸方向（方向Ｙ）が厚み方向となっている。
電磁ヨーク部３０ａは、この一組の磁性体プレート８０ａ、８０ｂの間に配置されている。
【００３４】
往復運動装置１０ａは、永久磁石２０を挟む一組の磁性体プレート８０ａ、８０ｂを備えているので、図８（Ａ）に示す第１の実施の形態に係る往復運動装置１０と比較すると、永久磁石２０の強い磁力が外部に漏れることが大幅に抑えられている。
ここで、図９は、往復運動装置１０ａ及び第１の実施の形態に係る往復運動装置１０に関する、電磁ヨーク部３０ａのニュートラルポジションＰｃ（図４（Ａ）参照）からの距離［ｍｍ］と電磁ヨーク部が発生する節点力［Ｎ］との関係を示すグラフである。図１０に示すように、往復運動装置１０と比較して、移動範囲全体としては、往復運動装置１０ａの電磁ヨーク部３０ａが発生する節点力は２００ｍＡの時、往復運動装置１０ａは１０の約２倍と大きく増加する。しかし、移動するにつれてすぐに節点力は大きく減少するものの依然として生じる力は第１の実施の形態に係る往復運動装置１０より本実施の形態に係る往復運動装置１０ａの方が大きく、節点力がゼロになる距離も往復運動装置１０ａの方がより遠くなる。
すなわち、往復運動装置１０と比較すると、往復運動装置１０ａの方が、同じ電流でも、より大きな振動を得る事ができ、かつ永久磁石２０の強い磁力線が外部に漏れることが抑制される。
なお、図１１（Ｃ）に示す往復運動装置１０ｂのように、永久磁石２０と接触させず、空気や真空、非磁性体を挟んで磁性体プレート８０ａ、８０ｂを配置する方が防磁効果は高い。
【００３５】
〔第３の実施の形態〕
続いて、本発明の第３の実施の形態に係る往復運動装置１０ｙａ（図１２（Ｂ）参照）について説明する。図２（Ａ）、（Ｂ）、図４（Ｂ）、及び図１２（Ａ）に示す往復運動装置１０ｙと同一の構成要素については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
なお、往復運動装置１０ｂも、第１の実施の形態に係る往復運動装置１０、１０ｙと同様、永久磁石２２を挟んで電磁ヨーク部３０ａと反対の側に配置された電磁ヨーク部３０ｂを備えていてもよい。
【００３６】
往復運動装置１０ｙａは、往復運動装置１０ｙと比較すると、永久磁石２２を挟む一組の磁性体プレート（磁性体の一例）８０ｙａ、８０ｙｂを更に備えている。
一組の磁性体プレート８０ｙａ、８０ｙｂは、それぞれ例えば板状の磁性体であり、１．６ｍｍ厚のＳＳ４００鋼である。各磁性体プレート８０ｙａ、８０ｙｂは、永久磁石２２の磁極方向と直交するＹ軸方向（方向Ｙ）が厚み方向となっている。
電磁ヨーク部３０ａは、この一組の磁性体プレート８０ｙａ、８０ｙｂの間に配置されている。
【００３７】
このように、往復運動装置１０ｙａは、永久磁石２２を挟む一組の磁性体プレート８０ｙａ、８０ｙｂを備えているので、図１２（Ａ）に示す往復運動装置１０ｙと比較すると、永久磁石２２の強い磁力が外部に漏れることが大幅に抑えられている。
なお、図１２（Ｃ）に示す往復運動装置１０ｙｂのように、永久磁石２２と接触させず、空気や真空、非磁性体を挟んで磁性体プレート８０ｙａ、８０ｙｂを配置する方が防磁効果は高い。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
【００３９】
前述の実施の形態において、往復運動装置は、固定子が永久磁石部側であり、移動子がコイル側であったが、これらを入れ替えて、固定子をコイル側とし、移動子を永久磁石部側としてもよい。すなわち、電磁ヨーク部が、永久磁石部に対して相対的に往復運動できればよい。
また、電磁ヨーク部３０ａ、３０ｂは、ニュートラルポジションＰｃを中心として回転往復運動していたが、Ｙ軸方向に往復運動（並進運動）してもよい。
【００４０】
前述の実施の形態にて説明した往復運動装置は、用途が限定されるものではない。往復運動装置は、例えば、振動体感装置やマッサージ器、起震機、ポンプ、魚を模したいわゆる魚ロボットの尾ひれ部分を駆動するための駆動装置として適用することも可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１ａ、１ｂ、１ｏ  往復運動装置
２  永久磁石
４  電磁ヨーク部
４ａ  第１の電磁ヨーク
４ｂ  第２の電磁ヨーク
５  コイル
６ａ、６ｂ  弾性支持体
７ａ、７ｂ  弾性支持体
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｙ、１０ｙａ、１０ｙｂ  往復運動装置
２０、２２  永久磁石
２４ａ、２４ｂ  ヨーク
３０ａ、３０ｂ  電磁ヨーク部
３２、３２ｂ  コイル
３４、３４ｂ  電磁ヨーク
３５  磁性体コア
８０ａ、８０ｂ、８０ｙａ，８０ｙｂ  磁性体プレート
２０２、２０２ｙ  磁極面
３４２ａ  第１の電磁ヨーク
３４２ｂ  第２の電磁ヨーク
３４３ａ、３４３ｂ  磁極面
４００ａ〜４００ｄ  往復運動装置
５００ａ〜５００ｄ  往復運動装置
Ａｘａ、Ａｘｂ  回転軸
Ｆｘ  弾性支持体固定点