(57)【要約】【課題】安定して回転方向に変位が得られる、軸方向と回転方向の２方向に運動することが可能なアクチュエータを提供する。【解決手段】本発明は、固定子を有するケースに、シャフトを有する可動子が、シャフトの軸方向とシャフトを回転軸とした回転方向の運動を行えるように支持され、可動子が固定子により力を受けて軸方向と回転方向の運動をするアクチュエータにおいて、可動子と固定子のどちらか一方に凸部を設け、他方にこの凸部と嵌合して可動子の動きを制御する溝部を設けたものであることを特徴としている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子を有するケースに、シャフトを有する可動子が、シャフトの軸方向とシャフトを回転軸とした回転方向の運動を行えるように支持され、可動子が固定子により力を受けて軸方向と回転方向の運動をするアクチュエータにおいて、可動子と固定子のどちらか一方に凸部を設け、他方にこの凸部と嵌合して可動子の動きを制御する溝部を設けたものであることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記溝部は、軸方向に円形部が並ぶ８の字形状に設けたものであることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記溝部は、軸方向に略直交する方向を振幅とする半周期の余弦曲線状に設けたものであることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記凸部は、その突出方向を中心として回転することができるように設けられるものであることを特徴とする請求項１乃至３記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記凸部と前記溝部とをそれぞれシャフトに対して軸対称に対にして設けたものであることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記溝部は、複数の異なる形状のものを設け、前記凸部は、これらの溝部のうち１つを選択して着脱自在に嵌合するものであることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記溝部は、周面に螺旋状に設けたものであることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向と回転方向の２方向に運動することが可能なアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２００２−７８３１０号公報は、軸方向と回転方向の２方向に運動することが可能なアクチュエータとして、シャフト（軸）を有する可動子（プランジャー）が空隙（ギャップ）を有して固定子（ヨーク）の内方に設けられ、コイルにより磁路を励磁して可動子がシャフトの軸方向に運動するリニアアクチュエータにおいて、軸方向の変位（ストローク位置）に対して空隙を不均一にすることにより、シャフトの軸方向（直線方向）とシャフトを回転軸とする回転方向の運動を行う構成を開示している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−７８３１０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００２−７８３１０号公報に開示された構成は、簡単な構成で軸方向の変位に応じて２方向の運動を行うことができるので有用であるが、軸方向の運動が速くなると回転方向の運動の変位が小さくなり、回転方向の変位を安定して得られるものではなかった。
【０００５】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、安定して回転方向に変位が得られる、軸方向と回転方向の２方向に運動することが可能なアクチュエータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、固定子を有するケースに、シャフトを有する可動子が、シャフトの軸方向とシャフトを回転軸とした回転方向の運動を行えるように支持され、可動子が固定子により力を受けて軸方向と回転方向の運動をするアクチュエータにおいて、可動子と固定子のどちらか一方に凸部を設け、他方にこの凸部と嵌合して可動子の動きを制御する溝部を設けたものであることを特徴としている。
【０００７】
したがって、可動子は、軸方向に運動することにより、凸部と溝部の嵌合により溝部に沿って運動を制御され、回転方向の運動を行う。このことにより、安定して回転方向の変位を得られる、軸方向と回転方向の２方向に運動することが可能なアクチュエータを提供できる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のアクチュエータにおいて、前記溝部は、軸方向に円形部が並ぶ８の字形状に設けたものであることを特徴としている。
【０００９】
したがって、可動子は、軸方向の運動の周波数に対して２倍の周波数で回転方向の運動を行うことができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１記載のアクチュエータにおいて、前記溝部は、軸方向に略直交する方向を振幅とする半周期の余弦曲線状に設けたものであることを特徴としている。
【００１１】
したがって、可動子は、軸方向の運動の周波数と同じ周波数で回転方向の運動を行うことができる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３記載のアクチュエータにおいて、前記凸部は、その突出方向を中心として回転することができるように設けられるものであることを特徴としている。
【００１３】
したがって、可動子の運動に伴う凸部と溝部の嵌合部分の機械的な損失が低減されるので、可動子の動きを滑らかにすることができる。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項１記載のアクチュエータにおいて、前記凸部と前記溝部とをそれぞれシャフトに対して軸対称に対にして設けたものであることを特徴としている。
【００１５】
したがって、軸対称の一対の凸部と溝部で可動子の回転方向の運動を制御するので、凸部と溝部に生じる応力を分散して信頼性を向上するとともに、回転方向の運動を安定させることができる。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項１記載のアクチュエータにおいて、前記溝部は、複数の異なる形状のものを設け、前記凸部は、これらの溝部のうち１つを選択して着脱自在に嵌合するものであることを特徴としている。
【００１７】
したがって、凸部と溝部との嵌合を１つの溝部から異なる溝部に切り替えることができるので、可動子の回転方向の運動を切り替えることができる。
【００１８】
請求項７に係る発明は、請求項１記載のアクチュエータにおいて、前記溝部は、周面に螺旋状に設けたものであることを特徴としている。
【００１９】
したがって、可動子は、凸部が螺旋状の溝部に嵌合して運動するので、回転しながら軸方向に運動することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
次に、請求項１と請求項２の発明に係る一実施形態を図１、図２を用いて説明する。このものは、ケース１と、固定子２と、可動子３と、凸部４と、溝部５とを有して構成されている。
【００２１】
ケース１は、筐体部１ａと、軸受け部１ｂとを有して構成されている。筐体部１ａは、金属製の磁性材料により有底円筒形状に形成されており、その両側の端面の中央部に軸受け部１ｂを有している。このものは、固定子２と、後述のシャフト３ａの一部を除く可動子３とを収納する。軸受け部１ｂは、断面が同心円状の中空の柱状に形成され、その中空部に表面を滑らかに加工された金属球を入れたベアリングであり、筐体部１ａの両側の端面に筐体部１ａの中心軸と軸受け部１ｂの中心軸が一致するように筐体部１ａの両側の端面に設けられている。これらのものは、金属球により円柱の軸状のものをその軸方向（以下、軸方向と呼ぶ）と軸方向を中心軸（以下、回転軸と呼ぶ）とする回転方向（以下、回転方向と呼ぶ）に運動を行えるように支持することができる。
【００２２】
固定子２は、軸動固定部Ｓと溝基台２ｅとを有して構成されている。軸動固定部Ｓは、磁石２ａと、第１の磁性体２ｂと、第２の磁性体２ｃと、コイル２ｄとを有して構成され、軸動可動部３ｂに軸方向の力を与えるために用いられる。磁石２ａは、希土類の永久磁石であり、後述の軸動可動部３ｂの外径よりも少し大きい直径の円を直径がほば筐体部１ａの内径となる円形のから取り除いた形状で板状に形成されている。このものは、着磁方向（Ｓ極からＮ極へ向かう方向）が厚み方向となるように着磁されている。第１の磁性体２ｂは、磁性材料により直径が筐体部１ａの内径よりも小さい円形の板状に形成され、その中央には、後述の軸動可動部３ｂの外径よりも少し大きい直径の貫通孔が形成されている。第２の磁性体２ｃは、磁性材料により直径がほば筐体部１ａの内径となる円形の板状に形成され、その中央には、第１の磁性体２ｂの貫通孔と同じ大きさの貫通孔が形成されている。コイル２ｄは、内径が第１の磁性体２ｂの貫通孔となる樹脂製のコイルボビン（図示せず）に電流を流したときに軸方向に磁界が発生するように銅線を巻いたものである。軸動固定部Ｓは、磁石２ａを軸方向が着磁方向となるようにしてその両側に第１の磁性体２ｂと第２の磁性体２ｃを設け、これらのものがコイル２ｄに対して軸方向に対称にコイル２ｄの両側に設けられている。
【００２３】
溝基台２ｅは、一辺を開口した矩形を回転軸を中心として１回転させた形状に樹脂で形成されており、筐体部１ａの内部に固定されている。このものは、その外径が筐体部１ａの内径とほぼ同じ大きさであり、側面に溝部５を有している。この側面は、凸部４の先端よりも回転軸側になるように設けられている。
【００２４】
可動子３は、シャフト３ａと、軸動可動部３ｂと、凸部基台３ｃと、凸部４を有して構成されている。シャフト３ａは、金属製の円柱の軸状のものであり、２つの軸受け部１ｂ，１ｂにより軸方向と回転方向に運動できるように支持されている。軸動可動部３ｂは、磁性材料により高さ方向の中央部に軸方向に対して対称形状となるように一定の厚みで切削された凹部を有する円柱状に形成されており、この円柱の中心軸とシャフト３ａの中心軸が同じになるようにシャフト３ａに設けられている。このものは、軸動固定部Ｓの２つの磁石２ａのＮ極の面の間の長さと同じ長さを有し、その凹部は、２つの磁石２ａのＳ極の面の間の長さを有している。つまり、軸動可動部３ｂの切削されていない部分の長さはそれぞれ磁石２ａの厚みと同じになっている。このものは、軸動固定部Ｓから軸方向の力を受けるものである。
【００２５】
凸部基台３ｃは、樹脂で円柱状に形成され、この円柱の中心軸とシャフト３ａの中心軸が同じになるようにシャフト３ａに設けられている。このものは、側面に凸部４を有しており、この外径は、凸部４の応力などの影響を少なくするために溝基台２ｅとの距離を調節することにより定められる。
【００２６】
凸部４は、樹脂で円柱状に形成され、表面を摩擦が少ないように加工して、凸部基台３ｃの側面に設けられる。このものは、溝基台２ｅに設けられた溝部５と嵌合し、可動子３の軸方向の変位に応じて溝部５に沿って動くので、可動子３の回転方向の運動を制御する。このものは、可動子３の軸方向の運動が速くなっても、変位が生じていれば溝部５に沿って動くので、可動子３に安定した回転方向の変位を与えることができる。
【００２７】
溝部５は、図２のように、溝基台２ｅの側面を貫通するように軸方向に円形部が並ぶ８の字の交差する点に対して点対称の８の字形状に設けられている。このものは、凸部４と接触する部分を摩擦が小さくなるように加工され、可動子３が基準位置（図１のように軸動可動部３ｂが軸方向の力で釣り合っている位置）にあるときに凸部４が８の字の交差する点にあるように設けられている。
【００２８】
上記のような構成にすることにより、軸動可動部３ｂは、磁石２ａの吸引力により軸方向の力は釣り合った状態にあるが、コイル２ｄに電流を流すことによりこの電流による磁束が生じ、釣り合いの状態が崩れて軸方向の一方向に運動を行う。また、この電流の向きを逆方向にすると釣り合いの向きが逆方向に崩れて逆方向に力を生じるようになる。したがって、可動子３は、コイル２ｄに流す電流の方向により軸方向の運動が制御される。
【００２９】
また、可動子３に軸方向の変位が生じると、凸部４は、８の字形状の溝部５に沿って動くので、可動子３を軸方向に往復運動させたときにその１周期あたり２往復の回転方向の運動を行わせることができる。つまり、可動子３は、軸方向の運動の周波数に対して２倍の周波数で回転方向の運動を行うことができる。
【００３０】
次に、第１の実施形態の動作について説明する。まず、図１のように基準位置にあり、コイル２ｄに電流が流れていないときには、軸方向にも回転方向にも釣り合っている。ここで、矩形波の交流電圧をコイル２ｄに印加すると、コイル２ｄに交流電流が流れるので、軸動可動部３ｂは軸方向に力を受け、可動子３は軸方向に往復運動を行う。そして、可動子３に軸方向の変位が生じると、凸部４は、溝部５に沿って動くので、可動子３を回転方向に運動させる。つまり、可動子３は、軸方向と回転方向の２方向に往復運動を行う。ここで、溝部５は、８の字形状であるので、可動子３は、軸方向の運動の周波数に対して２倍の周波数で回転方向の運動を行う。
【００３１】
このように、第１の実施形態においては、可動子３は、軸方向に運動することにより、凸部４と溝部の嵌合により溝部に沿って運動を制御され、回転方向の運動を行う。このことにより、安定して回転方向の変位を得られる、軸方向と回転方向の２方向に運動することが可能なアクチュエータを提供できる。したがって、電動歯ブラシに好適な動作を行うアクチュエータを提供できる。また、溝部５は、８の字形状を有しているので、可動子３は、軸方向の運動の周波数に対して２倍の周波数で回転方向の運動を行うことができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
次に、請求項１と請求項３の発明に係る一実施形態を図３を用いて説明する。このものは、第１の実施形態と溝部５の形状が異なり、その他は第１の実施形態と同じ構成である。
【００３３】
溝部５は、溝基台２ｅに軸方向に直交する方向を振幅とする半周期の余弦曲線状に設けられている。したがって、第１の実施形態とは異なり、可動子３を軸方向に往復運動させたときにその１周期あたり１往復の回転方向の運動を行わせることができる。したがって、可動子３は、軸方向の運動の周波数と同じ周波数で回転方向の運動を行うことができる。
【００３４】
このように、第２の実施形態においては、可動子３は、軸方向の運動の周波数と同じ周波数で回転方向の運動を行うことができる。
【００３５】
（第３の実施形態）
次に、請求項１と請求項２と請求項４の発明に係る一実施形態を図４を用いて説明する。このものは、第１の実施形態と凸部４の構成が異なり、その他は第１の実施形態と同じ構成である。
【００３６】
凸部４は、その突出方向を中心として回転することができるように設けられている。このため、溝部５に嵌合して溝部５に沿って移動するときに凸部４が回転するので、凸部４と溝部５との嵌合部分の摩擦を低減することができる。したがって、可動子３の運動に伴う凸部４と溝部５の嵌合部分の機械的な損失が低減されるので、可動子の動きを滑らかにすることができる。
【００３７】
このように、第３の実施形態においては、可動子３の運動に伴う凸部４と溝部５の嵌合部分の機械的な損失が低減されるので、可動子の動きを滑らかにすることができる。
【００３８】
（第４の実施形態）
次に、請求項１と請求項２と請求項５の発明に係る一実施形態を図５を用いて説明する。このものは、第１の実施形態と凸部４と溝部５の構成が異なり、その他は第１の実施形態と同じ構成である。
【００３９】
凸部４は、シャフト３ａの中心軸に対して軸対称に対にして樹脂で円柱状に形成される。また、溝部５は、凸部４と嵌合するようにシャフト３ａの中心軸に対して軸対称に対にして８の字形状で設けられている。
【００４０】
このような構成にすることにより、軸対称の一対の凸部４と溝部５により２箇所で可動子３の回転方向の運動を制御するので、凸部４と溝部５に生じる応力を分散することができる。したがって、破損の原因となる応力集中を緩和することができるので信頼性を向上することができる。また、可動子３を両側で制御するので、回転方向の運動を安定させることができる。
【００４１】
このように、第４の実施形態においては、軸対称の一対の凸部４と溝部５で可動子３の回転方向の運動を制御するので、凸部４と溝部５に生じる応力を分散して信頼性を向上するとともに、回転方向の運動を安定させることができる。
【００４２】
（第５の実施形態）
次に、請求項１乃至３と請求項６の発明に係る一実施形態を図６を用いて説明する。このものは、第１の実施形態と凸部４と溝部５の構成と切替ピン６を有する点が異なり、その他は第１の実施形態と同じ構成である。
【００４３】
凸部４は、樹脂により形成された１本の円柱を、シャフト３ａと凸部基台３ｃに軸方向に直交して貫通させることにより設けられるものである。このものは、貫通方向に力を加えることにより、凸部基台３ｃの両側に突出する長さを変化させることができる。
【００４４】
溝部５は、シャフト３ａの中心軸に対して軸対称の位置に異なる形状で設けられている。ここでは、一方が８の字形状、他方が半周期の余弦曲線状に設けられている。
【００４５】
切替ピン６は、可動子３が基準位置にあるときの凸部４の突出方向と一致するように筐体部１ａの両側にそれぞれ貫通させて設けられている。これらものは、貫通方向に力を加えることにより、筐体部１ａ内に突出する長さを変化させることができる。切替ピン６のうち一方を筐体部１ａ内に押し入れると、凸部４と他方の切替ピン６が動かされ、凸部４は、図６（ａ）のように一方の溝部５（例えば８の字形状）と嵌合する。逆に、切替ピン６の他方を筐体部１ａ内に押し入れると、凸部４と他方の切替ピン６が動かされ、凸部４は、図６（ｂ）のように他方の溝部５（例えば余弦曲線状）と嵌合する。この切替ピン６を用いることにより、凸部４は、２つの溝部５のうち１つを選択して着脱自在に嵌合することができる。
【００４６】
このように、第５の実施形態においては、凸部と溝部との嵌合を１つの溝部から異なる溝部に切り替えることができるので、可動子の回転方向の運動を切り替えることができる。
【００４７】
なお、ここでは、２つの異なる形状の溝部５を設けた例を示したが、他のスイッチ機構を用いて３つ以上の異なる形状から選択して切り替えることもできる。
【００４８】
（第６の実施形態）
次に、請求項１と請求項７の発明に係る一実施形態を図７を用いて説明する。このものは、第１の実施形態と溝部５の構成が異なり、その他は第１の実施形態と同じ構成である。
【００４９】
溝部５は、溝基台２ｅの周面に螺旋状に設けられている。このことにより、可動子３は、可動子３は、凸部４が螺旋状の溝部５に嵌合して運動するので、回転しながら軸方向に運動することができる。
【００５０】
このように、第６の実施形態においては、可動子３は、凸部４が螺旋状の溝部５に嵌合して運動するので、回転しながら軸方向に運動することができる。したがって、電動ドライバーに好適な動作を行うアクチュエータを提供できる。
【００５１】
なお、ここでは、可動子３に凸部４を有し、固定子２に溝部５を有するものについて説明したが、その逆の構成としてもよい。また、軸動可動部３ｂと軸動固定部Ｓによる軸方向の運動を生じさせる構成は、ここで説明した構成に限るものではなく、コイルに電流を流すことにより軸方向に運動を生じさせる構成であればどのような構成であってもよい。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、可動子は、軸方向に運動することにより、凸部と溝部の嵌合により溝部に沿って運動を制御され、回転方向の運動を行う。このことにより、安定して回転方向の変位を得られる、軸方向と回転方向の２方向に運動することが可能なアクチュエータを提供できる。
【００５３】
請求項２に係る発明によれば、請求項１記載の効果に加え、可動子は、軸方向の運動の周波数に対して２倍の周波数で回転方向の運動を行うことができる。
【００５４】
請求項３に係る発明によれば、請求項１記載の効果に加え、可動子は、軸方向の運動の周波数と同じ周波数で回転方向の運動を行うことができる。
【００５５】
請求項４に係る発明によれば、請求項１乃至３記載の効果に加え、可動子の運動に伴う凸部と溝部の嵌合部分の機械的な損失が低減されるので、可動子の動きを滑らかにすることができる。
【００５６】
請求項５に係る発明によれば、請求項１記載の効果に加え、軸対称の一対の凸部と溝部で可動子の回転方向の運動を制御するので、凸部と溝部に生じる応力を分散して信頼性を向上するとともに、回転方向の運動を安定させることができる。
【００５７】
請求項６に係る発明によれば、請求項１記載の効果に加え、凸部と溝部との嵌合を１つの溝部から異なる溝部に切り替えることができるので、可動子の回転方向の運動を切り替えることができる。
【００５８】
請求項７に係る発明によれば、請求項１記載の効果に加え、可動子は、凸部が螺旋状の溝部に嵌合して運動するので、回転しながら軸方向に運動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態を示す中央断面図である。
【図２】第１の実施形態の凸部と溝部の嵌合を示す要部の斜視図である。
【図３】第２の実施形態の凸部と溝部の嵌合を示す要部の斜視図である。
【図４】第３の実施形態の凸部を示す斜視図である。
【図５】第４の実施形態を示す中央断面図である。
【図６】第５の実施形態の切替ピンによる凸部と溝部の嵌合を示す要部の中央断面図であり、（ａ）は切替ピンの一方、（ｂ）は他方を押し入れた状態を示すものである。
【図７】第１の実施形態の凸部と溝部の嵌合を示す要部の斜視図である。
【符号の説明】
１      ケース
１ａ    筐体部
１ｂ    軸受け部
２      固定子
２ａ    磁石
２ｂ    第１の磁性体
２ｃ    第２の磁性体
２ｄ    コイル
２ｅ    溝基台
３      可動子
３ａ    シャフト
３ｂ    軸動可動部
３ｃ    凸部基台
４      凸部
５      溝部
６      切替ピン
Ｓ      軸動固定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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