(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを有する電磁石と、前記コイルのコイル巻回軸方向で前記コイルに対向して配置され、且つ、前記コイル巻回軸方向に単極着磁された磁石とを備えるアクチュエータであって、
前記電磁石及び前記磁石のうち一方を有し、前記コイル巻回軸方向に延びる出力軸を有する可動体と、
前記電磁石及び前記磁石のうち他方を有する固定体と、
前記コイル巻回軸方向に沿って配置され、且つ、前記コイル巻回軸方向で弾性変形して、前記可動体を前記コイル巻回軸方向で往復動自在に支持する弾性体と、
前記可動体の共振周波数に略等しい周波数の交流を前記コイルに供給する交流供給部と、
を有し、
前記弾性体は、前記電磁石及び前記磁石との間にエアギャップが形成されるように、前記コイル巻回軸方向で離間する両端部で前記固定体と前記可動体とに固定されている、
リニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記弾性体は、前記コイル巻回軸方向で伸縮するコイルバネである、
請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記可動体は前記磁石を有し、
前記固定体は前記電磁石を有し、
前記電磁石は、前記コイル内に設けられる磁性体である本体コアを有し、
前記本体コアには、前記可動体の出力軸が前記コイル巻回軸方向に移動自在に挿通される軸受けが設けられている、
請求項１または２記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記可動体は、前記磁石と、前記磁石が固定されるヨークとを有し、
前記ヨークは、前記磁石を底面に固定した有底筒状をなし、底面から突出する筒状部は、前記固定体の前記電磁石側に開口して、前記電磁石の前記コイルの外周側から囲むように、前記コイル巻回軸方向に移動可能に配置される、
請求項１から３のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項５】
前記可動体は、前記磁石と、前記磁石が中央に固定される円盤状のヨークとを有し、
前記固定体は、前記電磁石を有し、
前記電磁石は、前記コイル内に設けられる磁性体である本体コアを有するとともに、前記電磁石は、磁性体である有底筒状コア内に、前記コイル巻回軸方向を前記有底筒状コアの中心軸に合わせて装着され、
前記本体コアは、前記有底筒状コアの内側底面の中で一体的に接合され、
前記本体コアと前記磁石とが前記エアギャップを介して対向するように、前記有底筒状コアは、その開口縁部を、前記板状のヨークに向けて、配置されている、
請求項１または２記載のリニアアクチュエータ。
【請求項６】
前記電磁石は、前記コイル内に、前記コイル巻回軸方向に設けた磁性体である本体コアを有し、
前記固定体は、前記電磁石と、有底筒状に形成され、内部に前記電磁石を配置して前記本体コアが底面で接合される磁性体である有底筒状コアと、を有し、
前記可動体は、前記磁石と、有底筒状に形成され、且つ、前記磁石を内側底面に固定したヨークと、を有し、
前記電磁石は、前記有底筒状コア内に、前記電磁石の前記コイル巻回軸を前記有底筒状コアの中心軸に合わせて配置され、
前記有底筒状コアと前記ヨークは、互いの開口縁部を向けて配置された同じ形状である、
請求項１または２記載のリニアアクチュエータ。
【請求項７】
磁石はネオジウム磁石で構成されている、
請求項１〜６のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項８】
前記磁石は、同様に形成された複数の磁石を、着磁方向を同じにして出力軸を中心に円周状に配置されている、
請求項１から７のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項９】
前記出力軸は非磁性体である、
請求項１から８のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１０】
前記軸受けは、磁性体である、
請求項３記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１１】
前記固定体は、前記弾性体と、前記弾性体により前記可動部を前記コイル巻回軸方向で往復動自在に支持する前記可動体とを覆うケースを有する、
請求項１から１０のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１２】
前記弾性体の一端部で固定された前記固定体の前記電磁石と、前記弾性体の他端部で固定された前記可動体の前記磁石とが、前記弾性体の内部で、前記エアギャップを空けて、前記コイル巻回軸方向に往復動可能に配置されている、
請求項２記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータを備える、
電動ブラシ。
【請求項１４】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータを備える、
電動切削機。
【請求項１５】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータを備える、
電動エアポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線的な方向に動力を発するリニアアクチュエータ及び電動ブラシ、電動切削機及び電動エアポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、美顔器、電動歯ブラシ、電動かみそり、電動靴磨き器、電動洗車器等の電動ブラシにおいては、美顔器のブラシヘッド、歯ブラシ部、刃、靴磨きブラシ、洗車ブラシ等の可動部が往復運動することにより、肌、歯、剃毛等に対する理美容行為、及び靴、車のボディに対する磨きや洗浄行為を行っている。また、従来、電動のこぎり、電動彫刻刀等の電動切削機においては、のこぎりの刃、彫刻刀の刃等の可動部が往復運動することにより、木材や金属材等に対する切断、切削、彫刻等の加工行為を行っている。更に、従来、血圧計等に用いられる電動エアポンプにおいては、ダイヤフラムの可動部が往復運動することにより、電動エアポンプの吸気及び排気行為を行っている。
【０００３】
これら電動ブラシ、電動切削機、電動エアポンプの可動部を駆動する構造には、通常の軸回り回転を行う回転式ＤＣモータの回転を運動方向変換機構により直線往復運動又は往復回転運動に変換する構造が多く用いられている。このように運動方向変換機構を用いる構造では、駆動方向を変換する際の複雑な機構を占めるスペースが必要となるため、小型化することは困難である。また、運動変換機構では、駆動の際に生じる騒音が大きく、さらには動力ロスが発生するといった効率悪化の恐れがあるため、別な構造として、可動部を往復直線運動させるアクチュエータの構造が考えられている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
特許文献１では、往復式電気カミソリ等で用いられる振動型リニアアクチュエータが開示されている。このリニアアクチュエータは、固定子の電磁石の上に、着磁方向を横方向にして配置された磁石を有する可動子を配置し、可動子（磁石）を、固定子に対して横方向に往復動させる。
【０００５】
また、特許文献２では、歯ブラシ等の円筒形状の器具に搭載できるような円筒型リニア駆動アクチュエータが開示されている。このアクチュエータでは、可動対象である軸の外周にプランジャを設け、このプランジャの外周に、コイルを挟んだ２つのリング状のマグネットを、コイルとともに外挿して配置している。そして、コイルに通電して、プランジャ自体を励磁して電磁石として機能させ、軸を軸方向に移動させている。
【０００６】
また、可動体を往復直線運動させる構造としては、特許文献３に開示されたバイブレータが知られている。このバイブレータでは、基板に支持されたコイルに、コイルの軸芯方向に沿って振動可能な振動体が対向するように設けられている。振動体は、円環状の錘の中央に磁石を配置し、磁石を囲むように配置された板バネを介して、磁石を錘に、コイルの軸芯方向に沿って変位可能に支持させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１６０１３４号公報
【特許文献２】特許第３４７５９４９号公報
【特許文献３】特開２０１３−２３３５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１は、可動部としての可動子（磁石）を、固定子に対して横方向に往復動させる。この構造により、電動歯ブラシ等の円筒形状の器具へ搭載する際、可動子が可動するために、固定子及び可動子が並ぶスペースと、このスペースに対して直交する横方向のスペースも確保する必要となり、製品の小型化を図ることが困難となる。また、特許文献２では、円筒形状の器具への搭載は可能であるものの、複数の磁石を使用することから、部品点数が多くなり、組み立て性の悪化やコストの高騰化に繋がる。また、特許文献３では、移動体（可動部）を支持する軸がなく、バイブレータ自体が振動する構成のため、円筒状の電動理美容器具に適用する際に必要なカミソリの刃や歯ブラシ等のアタッチメントを取り付けて、直線方向の駆動性を確保することは難しい。
【０００９】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、小型化を図ることができ、組み立て性の向上、及び、コストの低廉化を図りつつ、安定した直線往復運動を実現できるリニアアクチュエータ及び電動ブラシ、電動切削機、電動エアポンプ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】
【００１０】
本発明のリニアアクチュエータの一つの態様は、コイルを有する電磁石と、前記コイルのコイル巻回軸方向で前記コイルに対向して配置され、且つ、前記コイル巻回軸方向に単極着磁された磁石とを備えるアクチュエータであって、前記電磁石及び前記磁石のうち一方を有し、前記コイル巻回軸方向に延びる出力軸を有する可動体と、前記電磁石及び前記磁石のうち他方を有する固定体と、前記コイル巻回軸方向に沿って配置され、且つ、前記コイル巻回軸方向で弾性変形して、前記可動体を前記コイル巻回軸方向で往復動自在に支持する弾性体と、前記可動体の共振周波数に略等しい周波数の交流を前記コイルに供給する交流供給部と、を有し、前記弾性体は、前記電磁石及び前記磁石との間にエアギャップが形成されるように、前記コイル巻回軸方向で離間する両端部で前記固定体と前記可動体とに固定されている構成を採る。
本発明の電動ブラシ、電動切削機、電動エアポンプの一つの態様は、上記構成のアクチュエータを備える構成を採る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電磁石のコイルと、コイル巻回軸が着磁方向である磁石とがコイル巻回軸方向で対向して配置され、コイル巻回軸方向で離間する両端部でそれぞれ固定された弾性体で、固定体に可動体をコイル巻回軸方向で往復動自在に支持させている。これにより、簡易な構成で、小型化を図ることができ、組み立て性の向上、及び、コストの低廉化を図りつつ、安定した直線往復運動を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る実施の形態１のリニアアクチュエータを示す外観図
【図２】本発明に係る実施の形態１のリニアアクチュエータの分解斜視図
【図３】本発明に係る実施の形態１のリニアアクチュエータの要部構成を示す概略断面図
【図４】本発明に係る実施の形態１のリニアアクチュエータの磁気回路を示す平断面図
【図５】本発明に係る実施の形態１のアクチュエータにおいて交流供給部からコイルに供給される交流の周期を示す図
【図６】本発明に係る実施の形態２のリニアアクチュエータの説明に供する図
【図７】本発明に係る実施の形態３のリニアアクチュエータの説明に供する図
【図８】本発明に係る実施の形態４のリニアアクチュエータを示す外観図
【図９】本発明に係る実施の形態４のリニアアクチュエータの分解斜視図
【図１０】本発明に係る実施の形態４のリニアアクチュエータの要部構成を示す概略断面図
【図１１】本発明に係る実施の形態５のリニアアクチュエータを示す外観図
【図１２】本発明に係る実施の形態５のリニアアクチュエータの分解斜視図
【図１３】本発明に係る実施の形態５のリニアアクチュエータの要部構成を示す概略断面図
【図１４】本発明に係る実施の形態６のリニアアクチュエータを示す外観図
【図１５】本発明に係る実施の形態６のリニアアクチュエータの分解斜視図
【図１６】本発明に係る実施の形態６のリニアアクチュエータの要部構成を示す概略断面図
【図１７】本発明に係る実施の形態７のリニアアクチュエータにおける要部構成を示す概略断面図
【図１８】本発明に係る実施の形態７のリニアアクチュエータの磁石を示す斜視図
【図１９】本発明に係る実施の形態のリニアアクチュエータを備える電動歯ブラシを示す斜視図
【図２０】同電動歯ブラシの要部構成を示す概略断面図
【図２１】本発明に係る実施の形態のリニアアクチュエータを備える電動切削機を示す斜視図
【図２２】同電動切削機の要部構成を示す概略断面図
【図２３】本発明に係る実施の形態のリニアアクチュエータを備える電動エアポンプを示す斜視図
【図２４】同電動エアポンプの要部構成を示す概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る実施の形態１のリニアアクチュエータを示す外観図であり、図２は、同リニアアクチュエータの分解斜視図である。
【００１５】
図１及び図２に示すリニアアクチュエータ１０は、固定体４０と、出力軸６０を備える可動体５０と、固定体４０に可動体５０を出力軸６０の軸（ＣＬ）方向に可動自在に支持する弾性体７０と、を有する。
【００１６】
図１及び図２に示すリニアアクチュエータ１０では、可動体５０は、交流供給部８０からの電力供給によって固定体４０に対して軸ＣＬ方向に往復運動（往復動）し、これに伴い出力軸６０が軸ＣＬ方向に往復運動（図１に矢印で示す）して、外部に出力される。
【００１７】
図３は、同リニアアクチュエータの要部構成を示す概略断面図である。
【００１８】
図２及び図３に示すように、リニアアクチュエータ１０は、コイル２１を有する電磁石２０と、磁石３０とを備える。磁石３０は、コイル２１に対して、コイル２１のコイル巻回軸（出力軸６０の軸ＣＬに相当）方向で対向して配置され、コイル２１のコイル巻回軸方向に単極着磁されている。
【００１９】
図２及び図３に示すようにリニアアクチュエータ１０では、電磁石２０を固定体４０側に設け、磁石３０を可動体５０側に設けている。
【００２０】
固定体４０は、電磁石２０と、ベースプレート４１と、軸受け４４と、バネ受け部４６とを有する。
【００２１】
電磁石２０は、コイル２１と、ボビン２３と、本体コア２５とを有し、本体コア２５は板コア２６に一体的に接合される。
【００２２】
ボビン２３は、非磁性体であり、円筒状の胴体の両端部にフランジを有し、胴体の外周に、コイル２１が、コイル２１の巻回軸（軸ＣＬに相当するため、以下では、コイル巻回軸ＣＬとも称する）をボビン２３の中心軸として巻回されている。コイル２１が巻回されたボビン２３は、全体として円筒状に形成されている。
【００２３】
コイル２１のコイル巻線は、図示しない基板に接続されており、基板を介して外部端子に接続される。コイル２１には、外部端子を介して交流供給部８０から交流電源（交流電圧）が供給される。
【００２４】
本体コア２５は、磁性体であり、ボビン２３の胴体内に、軸方向に延在して内嵌している。本体コア２５は、円筒形状をなし、ここでは、ボビン２３の軸方向の長さと同様の長さを有する。本体コア２５の内部には、出力軸６０が移動自在に挿通される軸受け４４が取り付けられている。
【００２５】
コイル２１が巻回されたボビン２３は、本体コア２５とともに板コア２６に密着している。板コア２６は磁性体であり、本体コア２５と一体化する固定側の断面Ｔ字状のコアとして機能する。板コア２６とともに、コイル２１、ボビン２３及び本体コア２５は、ベースプレート４１に固定されている。
【００２６】
ベースプレート４１は、コイル巻回軸ＣＬと直交し、出力軸６０が遊挿される正面板部４１ａと、正面板部４１ａの離れた平行な端辺部からコイル巻回軸ＣＬに沿って延在し、電磁石２０及び磁石３０を囲む側面板部４１ｂ、４１ｃとを有する。
【００２７】
ベースプレート４１は、アルミニウム等の非磁性体により形成されており、正面板部４１ａ及び側面板部４１ｂ、４１ｃにより断面Ｕ字状に形成されている。ベースプレート４１では、正面板部４１ａの裏面（後側の面）側で、板コア２６を介してコイル２１、ボビン２３及び本体コア２５が固定され、これらを挟むように、側面板部４１ｂ、４１ｃで覆う形状をなしている。
【００２８】
側面板部４１ｂ、４１ｃにおいて正面板部４１ａが接合する端辺部と反対側の端辺部（後側端部）には、ベースプレート４１内に配置された可動体５０を支持する弾性体（コイルバネ）７０を受けるバネ受け部４６が架設されている。
【００２９】
バネ受け部４６は、正面板部４１ａに対して平行に配置され、側面板部４１ｂ、４１ｃの端辺部（後側端部）にボルトで強固に固定されている。これにより、ベースプレート４１及びバネ受け部４６は、内部に電磁石２０及び磁石３０を有する磁気回路を収容した矩形枠状のアクチュエータフレームを形成している。
【００３０】
可動体５０は、磁石３０と、出力軸６０と、ヨーク５２と、可動側で弾性体（バネ）を受ける可動側受け部５４と、固着板部５６とを有する。
【００３１】
磁石３０は、コイル巻回軸ＣＬ方向に厚みを有する円環状をなしており、その厚み方向で着磁されている。つまり、磁石３０は、着磁方向を、コイル巻回軸ＣＬ方向に合わせて配置されている。磁石３０は、電磁石２０（具体的には本体コア２５）との間に所定間隔（中心側エアギャップＣＧ）を空けて配置されている。ここでは、磁石３０は、電磁石２０側に開口するカップ状のヨーク５２内のヨーク底面部５２１に固定されている。磁石３０は、例えば、ネオジウム磁石（ネオジウム焼結磁石やネオジウムボンド磁石）を適用しても良い。ネオジウム磁石を用いれば、小型であっても、エネルギー変換効率を高めることができ、アクチュエータ１０自体の小型化を図れる。
【００３２】
ヨーク５２は、磁性体であり、絞り加工によりカップ状に形成されている。具体的には、磁石３０が固定されるヨーク底面部５２１の外周から、電磁石２０側に突出するヨーク周壁部５２２が形成されている。このヨーク周壁部５２２は、電磁石２０のコイル２１の外周側に、コイル巻回軸ＣＬ方向に移動可能に外挿されている。ヨーク周壁部５２２の開口縁部は、コイル２１の外周側で、板コア２６の外縁部２６１に所定間隔（外側エアギャップＳＧ）を空けて対向している。
【００３３】
ヨーク５２は、内部の磁石３０と、電磁石２０（主に、ボビン２３に巻回されたコイル２１、本体コア２５、板コア２６等）とともに、磁気回路を構成する。
【００３４】
ヨーク５２は、ヨーク底面部５２１の後端面に、ヨーク底面部５２１と外径を略同じにした固着板部５６が固定され、この固着板部５６を介してヨーク５２に可動側受け部５４が固定されている。ここでは、固着板部５６に可動側受け部５４がねじ等の止着部材５４２により固着されている。
【００３５】
これら磁石３０、ヨーク底面部５２１、固着板部５６及び可動側受け部５４は、アクチュエータ１０において、コイル巻回軸（出力軸６０の軸）ＣＬに沿って、コイル巻回軸ＣＬを中心に取り付けられている。また、磁石３０、ヨーク底面部５２１及び固着板部５６の中央部には、コイル巻回軸ＣＬ上の出力軸６０が配置されている。
【００３６】
出力軸６０は、一端部（後端部）のフランジ６１を、固着板部５６及び可動側受け部５４によりコイル巻回軸ＣＬ方向で挟むことで、可動体５０に一体に設けられ、コイル巻回軸ＣＬに沿って配置されている。フランジ６１から延びる軸部６２は、固着板部５６、ヨーク底面部５２１及び磁石３０を挿通して、ヨーク５２内の、固定体４０側の軸受け４４に挿入されている。これにより、軸部６２の自由端、つまり出力軸６０の他端部は、ベースプレート４１の正面板部４１ａから突出している。
【００３７】
弾性体７０は、可動側受け部５４と、固定体４０側のバネ受け部４６との間に、コイル巻回軸ＣＬ方向に沿って介設されている。
【００３８】
弾性体７０は、コイル巻回軸ＣＬ方向に弾性変形することで、コイル巻回軸ＣＬ方向で離間する両端部が互いに近づいたり離れたりする方向（接離方向）に変位する。これにより、可動側受け部５４と、固定体４０側のバネ受け部４６とは、弾性体７０の変形によりコイル巻回軸ＣＬに沿って接離方向に移動可能である。
【００３９】
この弾性体７０の中心軸と、コイル２１のコイル巻回軸と、出力軸６０の軸と、磁石３０の中心軸とは、軸ＣＬとして一致或いは略一致している。ここでは、各軸が同一軸線上に位置するように、弾性体７０、コイル２１、ボビン２３、出力軸６０、磁石３０等が配置されている。
【００４０】
ここでは、弾性体７０は、コイルバネで構成し、そのコイル巻回軸である中心軸を、コイル巻回軸ＣＬに合わせて配置されている。
【００４１】
弾性体７０は、コイル巻回軸ＣＬ方向で離間する両端部７１、７２でそれぞれ、可動側受け部５４と、バネ受け部４６とに固定されている。これにより、弾性体７０は、固定体４０の後端側から可動体５０を、コイル巻回軸ＣＬ方向で片持ち状態で支持している。
【００４２】
また弾性体７０は、常態時（非駆動時）において、固定体４０に対して可動体５０を、中心側エアギャップＣＧと、外側エアギャップＳＧとが形成されるように支持している。これらエアギャップＣＧ、ＳＧは、可動体５０がコイル巻回軸ＣＬ方向に往復動可能となる間隔である。このように、リニアアクチュエータ１０では、非駆動時において、磁石３０により、本体コア２５との間に吸引力が発生しても、弾性体７０によって、可動体５０と固定体４０との間に一定のエアギャップＣＧ、ＳＧが確保される。
【００４３】
弾性体（コイルバネ）７０は、磁石３０の移動方向に対して一定のばね定数Ｋｓｐ［Ｎ／ｍ］を得ることができ、可動体５０は、磁気回路のコイル２１に交流電源が供給されることによって、固定体４０のアクチュエータフレーム内で、コイル巻回軸ＣＬ方向に往復運動する。弾性体７０は、リニアアクチュエータ１０における共振周波数を調整できる。
【００４４】
本実施の形態のリニアアクチュエータ１０では、可動体５０の質量ｍ［Ｋｇ］、弾性体７０におけるコイル巻回軸方向のバネ定数Ｋｓｐとした場合、可動体５０は、固定体４０に対して、下記式（１）によって算出される共振周波数ｆ０［Ｈｚ］で振動する。
【００４５】
【数１】
0006365190.tif 000002
【００４６】
本実施の形態１のリニアアクチュエータ１０は、交流供給部８０によって、コイル２１に可動体５０の共振周波数ｆ０［Ｈｚ］と略等しい周波数の交流を供給する。これにより、可動体５０は、共振状態で駆動して、定常状態では低消費電力での駆動が可能となり、出力を大きくして、エネルギー効率の向上を図ることができる。
【００４７】
本リニアアクチュエータ１０における可動体５０は、弾性体７０を介して固定体４０によってバネマス系構造で支持された状態となっている。よって、コイル２１に可動体５０の共振周波数ｆ０［Ｈｚ］に等しい周波数の交流が供給されると、可動体５０は共振状態で駆動される。このとき発生する軸方向の往復運動が、可動体５０の出力軸６０に伝達される。
【００４８】
リニアアクチュエータ１０は、下記式（２）で示す運動方程式及び下記式（３）で示す回路方程式に基づいて駆動する。
【００４９】
【数２】
0006365190.tif 000003
【００５０】
【数３】
0006365190.tif 000004
【００５１】
なお、リニアアクチュエータ１０における可動体５０の質量ｍ［Ｋｇ］、変位ｘ（ｔ）［ｍ］、推力定数Ｋｆ［Ｎ／Ａ］、電流ｉ（ｔ）［Ａ］、バネ定数Ｋｓｐ［Ｎ／ｍ］、減衰係数Ｄ［Ｎ／（ｍ／ｓ）］等は、式（２）を満たす範囲内で適宜変更できる。また、電圧ｅ（ｔ）［Ｖ］、抵抗Ｒ［Ω］、インダクタンスＬ［Ｈ］、逆起電力定数Ｋｔ［Ｖ／（ｍ／ｓ）］は、式（３）を満たす範囲内で適宜変更できる。
【００５２】
リニアアクチュエータ１０では、非駆動時（コイル２１に通電していない場合）、磁石３０から発生した磁束が、中心側エアギャップＣＧ、本体コア２５を通り、外側エアギャップＳＧ、ヨーク５２を通り磁石３０の対極へ繋がる磁気回路となる。そして、コイル２１に電流を流すとコイル２１と本体コア２５が電磁石として働き、軸方向で対面する磁石３０との間に、吸引又は反発力が発生する。このとき、可動体５０は、弾性体７０により出力軸６０の軸（コイル巻回軸ＣＬ）方向に支持されており、且つ、出力軸６０は軸受け４４によって支軸されているため、可動体５０は軸方向直線運動を行う。さらに、コイル２１に交流電圧を印加することにより、直線往復運動が可能となる。
【００５３】
次にリニアアクチュエータ１０の詳細な動作を、磁気回路における磁束の流れとともに説明する。
【００５４】
図４は、同リニアアクチュエータ１０の磁気回路を示す平断面図である。また、図５は、本実施の形態のリニアアクチュエータ１０において交流供給部から図示しない基板を介して固定体４０のコイル２１に供給される交流の周期を示す図である。なお、コイル２１に流れる交流は、図５Ａに示すように周波数ｆ０のパルス波でもよいし、図５Ｂに示すように周波数ｆ０の正弦波でもよい。
【００５５】
図４に示すリニアアクチュエータ１０において、コイル２１に交流電源が供給（例えば、図５に示す時点ｔ１の順方向の電流の供給）されると、本体コア２５がコイル２１により励磁される。ここでは、本体コア２５の端面２５２と、磁石３０の対向面３２との間（中心側ギャップＣＧ）に、本体コア２５から磁石３０への磁束の流れが発生する。例えば、このときに発生する磁束の流れを矢印Ｊで示すと、磁束Ｊは、本体コア２５から、磁石３０に流れ、磁石３０からヨーク底面部５２１、ヨーク周壁部５２２に流れる。
【００５６】
本体コア２５の端面２５２が、対向する磁石３０の対向面３２と同じ極性（Ｓ極）となるように、コイル２１に電流が流される。このとき、本体コア２５の端面（Ｓ極）と同極となるので、これに対向する磁石３０のＳ極面は反発する。また、磁石３０を備える可動体５０のヨーク周壁部５２２の開口縁部５２３は、Ｎ極となり、対向する板コア２６の外縁部２６１は、Ｎ極である。これにより、可動体５０の磁石３０及びヨーク周壁部５２２の開口縁部５２３のそれぞれで、固定体４０の本体コア２５及び板コア２６の外縁部２６１のそれぞれに対して反発して、本体コア２５及び板コア２６の外縁部から離間するよう（推力Ａ方向）に移動する。つまり、磁石３０（可動体５０）は、本体コア２５の端面２５２（固定体４０）に対して、弾性体７０の付勢力に抗して、図４に示す位置よりも推力Ａ方向に離れた位置に移動する。
【００５７】
次いで、図５の時点ｔ２で、電流の向きが切り替えられるとき、弾性体７０の復元力により可動体５０は基準位置（図４で示す位置）に移動し、図５の時点ｔ３で、交流供給部（交流電源）８０（図１及び図２参照）からコイル２１に逆方向の電流を供給する。すると、可動体５０が基準位置に位置した状態において、本体コア２５において、磁石３０に対向する端面２５２はＮ極、板コア２６側の端面がＳ極になる。すると、磁束Ｊの流れは、図４で示す向きとは逆方向きになる。つまり、磁石３０の対向面Ｓ極から本体コア２５に流れ、板コア２６、板コア２６の外縁部２６１、ヨーク周壁部５２２、ヨーク底面部５２１、磁石３０の順に流れる。これにより、本体コア２５のＮ極となった端面２５２は、これに対向する磁石３０のＳ極である対向面３２を吸引する。同時に、板コア２６の外縁部２６１は、Ｓ極となるため、Ｎ極であるヨーク周壁部５２２の開口縁部５２３を吸引する。これにより、可動体５０の磁石３０及びヨーク周壁部５２２の開口縁部５２３のそれぞれで、固定体４０の本体コア２５及び板コア２６の外縁部２６１のそれぞれに対して吸引されて、本体コア２５及び板コア２６の外縁部２６１に接近するように移動する。具体的には、図４で示す基準位置にある磁石３０及びヨーク周壁部５２２の開口縁部５２３が、基準位置よりも推力−Ａ方向に移動して、端面２５２及び板コア２６の外周縁部２６１側に接近した位置に移動する。
【００５８】
そして、図５の時点ｔ４で示すように電流の向きが切り替えられて、可動体５０が、基準位置に戻ったときに、図５に示す時点ｔ５順方向の電流が供給される。これが１周期分の動作であり、このような動作が繰り返されることで、可動体５０の磁石３０は、非駆動状態と同じ状態の図４の状態、つまり、弾性体７０により保持された状態での位置を基準にして、コイル巻回軸ＣＬ方向である推力Ａ、―Ａ方向の両方向への移動を繰り返す。これにより磁石３０を介して出力軸６０は、出力軸６０の軸方向、つまり、コイル巻回軸ＣＬに往復運動を行う。
【００５９】
このように本実施の形態によれば、固定体４０の電磁石のコイル２１にコイル巻回軸ＣＬ方向で対向して、可動体５０の磁石３０を配置している。磁石３０は、コイル巻回軸ＣＬ方向に単極着磁されており、可動体５０は、更に、コイル巻回軸ＣＬ方向に延びる出力軸６０を備えている。また、可動体５０は、固定体４０に、弾性体７０によって、コイル巻回軸ＣＬ方向で往復運動自在に支持されている。弾性体７０は、コイル巻回軸ＣＬ方向に沿って配置され、且つ、コイル巻回軸ＣＬ方向で変形するものであり、コイル巻回軸方向で離間する両端部７１、７２で固定体４０と可動体５０とに固定されている。そして、コイル２１に交流供給部８０から可動体５０の共振周波数に略等しい周波数の交流を供給することで、可動体５０は、上述した磁気回路により出力軸６０の軸（コイル巻回軸ＣＬ）方向に高出力で往復運動する。
【００６０】
このように、リニアアクチュエータ１０では、固定体４０と、固定体４０の電磁石のコイル２１に対してコイル巻回軸ＣＬ方向で並ぶ可動体５０の磁石３０とが、弾性体７０によって、コイル巻回軸ＣＬ方向で離間する両端部７１、７２でそれぞれ固定されている。つまり、リニアアクチュエータ１０では、磁石３０、電磁石（コイル２１）、弾性体７０が、出力軸６０の往復運動方向であるコイル巻回軸方向に沿って配置された構成となっている。リニアアクチュエータ１０では、磁石３０、電磁石（コイル２１）及び弾性体７０は、コイル巻回軸方向に並べて配置されている。
【００６１】
これにより、全体的に直線的な形状にすることができ、簡易な構成で高出力であり、小型化されたリニアアクチュエータ１０を実現できる。また、単一の単極の磁石３０を用いているので、部品点数を減らすことができ、組み立て性の向上、及び、コストの低廉化を図りつつ、安定した直線往復運動を実現できる。
【００６２】
また、可動体５０の出力軸６０は、固定体４０の電磁石２０においてボビン２３内に配置された磁性体である本体コア２５内の軸受け４４を、コイル巻回軸ＣＬ方向に移動自在に挿通されている。これにより、落下した際に加わる衝撃等のように不慮の外力が加わった場合でも、出力軸６０を曲げることなく、直線駆動可能に支持できる。
【００６３】
また、弾性体７０にコイルバネを用いることから、大きな駆動変位が生じる場合でも、線形バネとして機能し、可動体５０に対して安定した直線往復運動を可能にする。また、弾性体７０に生じる応力が、コイルバネ全体に分散されるため、信頼性を高めることが可能となる。
【００６４】
また、磁気回路では、磁石３０を有する可動体５０側のヨーク５２を、固定体４０におけるコイル２１を備える電磁石２０側に開口し、コイル２１に外挿するように配置して構成している。これにより、磁石３０による磁束を無駄にすることなく利用でき、エネルギー変換効率を高めることができる。また、ヨーク５２のヨーク周壁部５２２を電磁石２０の外周に被さるように配置した構成であるため、アクチュエータの小型化を図ることができる。また、コイル２１を固定体４０に設けていることから、コイル２１の素線の引き出し線を出しやすくでき、組み立て性の向上が図られている。
【００６５】
（実施の形態２）
図６は本発明に係る実施の形態２のリニアアクチュエータ１０Ａの磁気回路を示す平断面図である。
【００６６】
図６に示すリニアアクチュエータ１０Ａは、図１〜４に示す実施の形態１に対応するリニアアクチュエータ１０と同様の基本的構成を有している。リニアアクチュエータ１０Ａは、リニアアクチュエータ１０と比較して、磁気回路の一部である可動体５０側のヨーク（リニアアクチュエータ１０ではヨーク５２）の形状が異なる。なお、この異なる構成とともに、固定体４０側のコア（リニアアクチュエータ１０の板コア２６）の形状も異なる。その他の構成は、その機能、形状ともにリニアアクチュエータ１０と同様であるため、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６７】
図６に示すリニアアクチュエータ１０Ａは、電磁石２０Ａと、図示しないアクチュエータフレーム（図２、図３に示すベースプレート４１及びバネ受け部４６）とを有する固定体４０Ａと、出力軸６０を備える可動体５０Ａとを有する。可動体５０Ａは、リニアアクチュエータ１０と同様に、弾性体７０（図１〜図３参照）により、固定体４０Ａのアクチュエータフレームに、出力軸６０の軸（コイル巻回軸ＣＬ）方向で可動自在に支持されている。
【００６８】
リニアアクチュエータ１０Ａでは、リニアアクチュエータ１０の構成において、カップ状のヨーク５２に換えて、磁性体である板状の板ヨーク５５を適用し、板コア２６に換えて、板コア２６を底板としたカップ状の磁性体である磁性ケース２８で覆った構成としている。この構成により、図６に示す磁束の流れとなっており、磁気回路としてはリニアアクチュエータ１０のものと同様であり、同様に作用することで出力軸６０は、コイル巻回軸ＣＬ方向（推力Ａ、−Ａ方向）に直線往復運動を行う。
【００６９】
リニアアクチュエータ１０Ａは、例えば、リニアアクチュエータ１０の構成において、磁性ケース２８をヨーク５２とし、板ヨーク５５を板コア２６とした構成とすることでも実現できる。これにより可動体５０Ａは、交流供給部８０からの電力供給によって固定体４０Ａに対してコイル巻回軸ＣＬ方向に往復運動し、これに伴い出力軸６０がコイル巻回軸ＣＬ方向に往復運動し、外部に出力される。
【００７０】
この構成によれば、リニアアクチュエータ１０と比較して、リニアアクチュエータ１０における可動体５０の一部であるヨーク５２をカップ状から板状の板ヨーク５５にしたので、弾性体７０が支持する可動体５０Ａの重量を軽量化できる。
【００７１】
これにより、リニアアクチュエータ１０Ａにおいて、可動体５０Ａの周辺に配置される周辺部品の設計自由度を向上させることができるとともに、共振周波数を高くすることができる。更に、可動体５０Ａの軽量化を図れるので、可動体５０Ａの駆動に必要なエネルギーを低減することができる。また、磁性ケース２８において可動体５０Ａ側に開口する筒状部の開口縁部２８１は、可動体５０Ａがコイル巻回軸ＣＬ方向に直線往復運動する際に、板ヨーク５５の外縁部に当接するようなハードストップ構造となっている。これにより、板ヨーク５５に固定された磁石３０自体が電磁石２０Ａに当接しないようになっている。なお、その他の実施の形態１の構成要素と同じ機能を有する構成要素に基づく効果は、実施の形態１と同様であるので説明は省略する。なお、ハードストップ構造は他の各実施の形態のリニアアクチュエータ１０、１０Ｂ〜１０Ｄにも同様の箇所に適用可能である。
【００７２】
（実施の形態３）
図７は、本発明に係る実施の形態３のリニアアクチュエータ１０Ｂの磁気回路を示す平断面図である。
【００７３】
リニアアクチュエータ１０Ｂは、図１〜４に示す実施の形態１に対応するリニアアクチュエータ１０と同様の基本的構成を有する。リニアアクチュエータ１０Ｂは、リニアアクチュエータ１０と比較して、磁気回路の一部である可動体５０側のヨーク（アクチュエータ１０ではヨーク５２）の形状と、固定体４０側のコア（アクチュエータ１０では板コア２６）の形状とが異なる。その他の構成は、その機能、形状ともにリニアアクチュエータ１０と同様であるため、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７４】
図６に示すリニアアクチュエータ１０Ｂは、電磁石２０Ｂと、図示しないアクチュエータフレーム（図２、図３に示すベースプレート４１及びバネ受け部４６）とを有する固定体４０Ｂと、出力軸６０を備える可動体５０Ｂとを有する。可動体５０Ｂは、弾性体７０（図１〜図３参照）により、固定体４０Ｂに、出力軸６０の軸（コイル巻回軸ＣＬ）方向で可動自在に支持されている。
【００７５】
リニアアクチュエータ１０Ｂでは、リニアアクチュエータ１０の構成におけるカップ状（有底筒状）のヨーク５２と、板コア２６とを、同様に形成されたカップ状磁性体５７に替えた構成としている。
【００７６】
すなわち、リニアアクチュエータ１０Ｂにおける電磁石２０Ｂは、コイル２１が巻回されたボビン２３を、カップ状磁性体５７内に、カップ状磁性体５７の底板の中央部に突設された本体コア２５に外挿することで収容して固定されている。カップ状磁性体５７の底板には、本体コア２５内に内嵌された軸受け４４に連通し、且つ、出力軸６０が挿入される孔部が形成されている。なお、このカップ状磁性体５７は、本体コア２５とともに内部にコイル２１が配置された断面Ｅ字状のコアとして機能する。リニアアクチュエータ１０Ｂの磁気回路としては、図７に示す磁束の流れとなっており、リニアアクチュエータ１０のものと同様であり、同様に作用することで出力軸６０は、コイル巻回軸ＣＬ方向（推力Ａ、−Ａ方向）に直線往復運動を行う。
【００７７】
この構成によれば、リニアアクチュエータ１０Ｂにおいて、可動体５０Ｂ側において磁石３０が固定されるヨークと、固定体４０Ｂ側において電磁石２０Ｂを構成するコア部分に同形状の部品（カップ状磁性体５７）を用いている。これにより、ヨーク及びコア部分に異なる部材を用いることがないので、コストの低減を図ることができる。なお、その他の実施の形態１の構成要素と同じ機能を有する構成要素に基づく効果は、実施の形態１と同様であるので説明は省略する。
【００７８】
（実施の形態４）
図８は、本発明に係る実施の形態４のリニアアクチュエータ１０Ｃを示す外観図であり、図９は、同リニアアクチュエータ１０Ｃの分解斜視図である。また、図１０は、同リニアアクチュエータ１０Ｃの要部構成を示す概略断面図である。
【００７９】
なお、このリニアアクチュエータ１０Ｃは、図１〜図４に示す実施の形態１に対応するリニアアクチュエータ１０と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８０】
図８〜図１０に示すリニアアクチュエータ１０Ｃは、リニアアクチュエータ１０の構成において、固定体４０のベースプレート４１部分で、リニアアクチュエータ１０全体を覆うように構成したアクチュエータである。
【００８１】
このリニアアクチュエータ１０Ｃは、リニアアクチュエータ１０の構成において、ベースプレート４１に替えて、円筒状のケース４７を備え、このケース４７により、リニアアクチュエータ１０と同様の磁気回路を覆った構成である。
【００８２】
すなわち、リニアアクチュエータ１０Ｃは、コイル２１を有する電磁石２０と、コイル２１のコイル巻回軸ＣＬ（出力軸６０の軸に相当）方向でコイル２１に対向して配置され、且つ、コイル巻回軸ＣＬ方向に単極着磁された磁石３０とを備える。磁石３０は、可動体５０と同様に構成された可動体５０Ｃに設けられ、弾性体（コイルバネ）７０を介して、固定体４０Ｃに、電磁石２０Ｃのコイル２１と中心側ギャップＣＧを空けた状態で対向するように支持されている。
【００８３】
円盤状の円盤コア２６Ｃと、円盤コア２６Ｃに固定した本体コア２５とで磁性体からなるコアを構成し、本体コア２５の外周にボビン２３を外挿し、このボビン２３の外周にコイル２１を巻回することで電磁石２０Ｃは構成されている。
【００８４】
固定体４０Ｃは、電磁石２０Ｃの円盤コア２６Cを、正面側で開口するケース４７の開口縁部に取り付けて、ケース４７を塞ぐことで構成される。
【００８５】
ケース４７は、アルミニウム等の非磁性体により有底筒状に形成され、内部に可動体５０Ｃ及び弾性体７０が配置されている。ケース４７の底板（後端部に相当）の中央に開口が形成されており、この底板の開口に外部から取り付けるネジ４９を介して、可動体５０をコイル巻回軸ＣＬ方向の一端部７１で固定した弾性体７０の他端部７２を受けるバネ受け４８が固定されている。
【００８６】
バネ受け部４８は、アクチュエータ１０のバネ受けと同様の機能を有するものであり、弾性体７０であるコイルバネの端部を受けて固定している。
【００８７】
この構成により、可動体５０Ｃは、ケース４７内で、固定体４０Ｃの電磁石２０Ｃのコイル２１の外周をヨーク５２の周壁部で囲んだ状態で、弾性体７０を介してコイル巻回軸方向（矢印Ａ、―Ａ方向）に往復移動自在に支持されている。このリニアアクチュエータ１０Ｃは、リニアアクチュエータ１０と同様の作用効果に加えて、磁気回路を含むリニアアクチュエータ１０Ｃ内部が円筒状のケース４７で覆われているため、内部へごみ等の不要物が侵入しづらくなり、信頼性の向上が図られている。また、ケース４７を金属とすれば、ノイズ対策になる。さらに、ケース４７を磁性体で形成すれば、漏れ磁束の低減を図ることができる。
【００８８】
（実施の形態５）
図１１は、本発明に係る実施の形態５のリニアアクチュエータ１０Ｄを示す外観図であり、図１２は、同リニアアクチュエータ１０Ｄの分解斜視図であり、図１３は、同リニアアクチュエータ１０Ｄの要部構成を示す概略断面図である。
【００８９】
なお、このリニアアクチュエータ１０Ｄは、図１〜図４に示す実施の形態１に対応するリニアアクチュエータ１０と同様の基本的構成、特に磁気回路を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９０】
図１１及び図１２に示すリニアアクチュエータ１０Ｄは、コイル２１を有する電磁石２０Ｄと、コイル２１のコイル巻回軸ＣＬ方向でコイル２１に対向して配置され、且つ、コイル巻回軸方向に単極着磁された磁石３０とを備える。
【００９１】
ここでは、磁石３０は、カップ状のヨーク５２Ｄの内側の底面に固着されており、このヨーク５２Ｄと、出力軸６０Ｄと、出力軸６０Ｄを固定する軸固定部５８とともに可動体５０Ｄに設けられている。一方、コイル２１を有する電磁石２０Ｄは、固定体４０Ｄに設けられている。そして、可動体５０Ｄの磁石３０は、弾性体（コイルバネ）７０を介して固定体４０Ｄに、固定体４０の電磁石２０Ｃのコイル２１と中心側ギャップＣＧを空けた状態で対向するように、コイル２１のコイル巻回軸ＣＬ方向に往復運動可能に支持している。
【００９２】
固定体４０Ｄは、電磁石２０Ｄと、軸受け４４Ｄと、電磁石２０Ｄのコイル巻回軸ＣＬの一端側に固定され、出力軸６０Ｄが軸受け４４Ｄを介して移動自在に挿通された正面コア部２９と、を有する。
【００９３】
電磁石２０Ｄは、実施の形態１と同様に交流供給部８０（図１２参照）から交流が供給されるコイル２１及びコイル２１が巻回されるボビン２３Ｄを有する。このボビン２３Ｄは、外周にコイル２１が巻回された筒状の本体の一方の開口縁に、フランジ２３１が設けられている。このフランジ２３１で、正面コア部２９に固定されている。
【００９４】
正面コア部２９は、ここでは磁性体であり、板状に形成され、コイル２１、ヨーク５２Ｄ、磁石３０とともに磁気回路を構成している。
【００９５】
正面コア部２９は、出力軸６０Ｄの軸（コイル巻回軸ＣＬに相当）と直交して配置されており中央部には、出力軸６０Ｄを挿通して、その先端部を外部に突出させている。なお、出力軸６０Ｄは、可動体５０Ｄの軸固定部５８からヨーク５２Ｄ内に突出し、磁石３０及びボビン２３Ｄ内の軸受け４４Ｄを挿通している。
【００９６】
正面コア部２９には、コイル２１の外周に配置されるヨーク周壁部５２２の外周側で、軸固定部５８の段差部５８１に対向して段差部２９２が設けられ、正面コア部２９の段差２９２部と、軸固定部５８の段差部５８１との間には、ヨーク周壁部５２２の外周側に配置された弾性体７０Ｄが介設されている。
【００９７】
この段差部２９２には、弾性体７０のコイル巻回軸ＣＬ方向で離間する両端部のうちの一端部７１Ｄ（図１１参照）が固定され、軸固定部５８の段差部５８１には、弾性体７０のコイル巻回軸ＣＬ方向で離間する両端部のうちの他端部７２Ｄが固定されている。
【００９８】
このリニアアクチュエータ１０Ｄでは、磁気回路の外周側に配置した弾性体７０Ｄにより、可動体５０Ｄは、固定体４０Ｄに対して、コイル巻回軸ＣＬの他方側の端部７２Ｄで支持されている。
【００９９】
弾性体７０Ｄは、コイルバネであり、その内径は、コイル２１の外周側でコイル巻回軸ＣＬ方向に移動自在に配置されるヨーク５２Ｄの外径よりも大きい。弾性体７０Ｄ内部、つまりコイルバネの内側には、コイル２１と、コイル２１の外周側でコイル巻回軸ＣＬ方向に移動自在に配置されるヨーク５２Ｄ（ヨーク周壁部５２２）とが配置されている。
【０１００】
ボビン２３Ｄは、非磁性体であり、円筒状の胴体の両端部にフランジを有し、胴体の外周に、コイル２１が、コイル２１の巻回軸をボビン２３Ｄの中心軸として巻回されている。なお、ボビン２３Ｄの両フランジでは、正面コア部２９に接合されるフランジの方が、外径を大きくしている。
【０１０１】
コイル２１のコイル巻線は、図示しない基板に接続されており、基板を介して外部端子に接続される。コイル２１には、外部端子を介して交流供給部８０（図１２参照）が接続されている。
【０１０２】
リニアアクチュエータ１０Ｄでは、可動体５０Ｄが、可動体５０Ｄのヨーク５２Ｄの外周側で、コイル巻回軸ＣＬに沿って配置された弾性体７０Ｄによって、固定体４０Ｄに対して、コイル巻回軸ＣＬ方向に往復運動可能に支持されている。
【０１０３】
本実施の形態によれば、可動体５０Ｄを直線往復運動可能に支持する弾性体７０Ｄとして、コイルバネを適用し、このコイルバをヨーク５２Ｄの外側に配置している。これにより、実施の形態１のアクチュエータ１０と同様の効果を有するとともに、リニアアクチュエータ１０Ｄ自体の全長を短くすることができる。
【０１０４】
（実施の形態６）
図１４は、本発明に係る実施の形態６のリニアアクチュエータ１０Ｅを示す外観図であり、図１５は、同リニアアクチュエータ１０Ｅの分解斜視図である。また、図１６は、同リニアアクチュエータ１０Ｅの要部構成を示す概略断面図である。
【０１０５】
なお、このリニアアクチュエータ１０Ｅは、図１〜図３に示す実施の形態１に対応するアクチュエータ１０と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０６】
実施の形態６のリニアアクチュエータ１０Ｅは、実施の形態１のアクチュエータ１０の磁気回路の構成において、コイル２１に、コイル巻回軸ＣＬ（図１６参照）方向で対向して配置した磁石３０を備える可動体の出力軸６０Ｅと、その軸受け４４Ｅを、コイル２１側とは反対側に設けて構成されている。
【０１０７】
すなわち、リニアアクチュエータ１０Ｅでは、電磁石２０Ｅのコイル２１に対向して、コイル２１のコイル巻回軸ＣＬ方向で所定間隔（中心側エアギャップＣＧ）を空けて、磁石３０がコイル巻回軸ＣＬ方向に移動可能に配置されている。なお、リニアアクチュエータ１０Ｅでは、コイル２１のコイル巻回軸ＣＬと、出力軸６０Ｅの軸と、磁石３０の中心軸と、弾性体７０の中心軸とは、軸ＣＬとして一致或いは略一致している。ここでは、各軸が同一軸線上に位置するように、それぞれの部材が配置されている。また、この軸方向に、単極着磁方向を合わせて磁石３０は配置されている。
【０１０８】
具体的には、リニアアクチュエータ１０Ｅは、電磁石２０Ｅを備える固定体４０Ｅと、磁石３０及び出力軸６０Ｅを備える可動体５０Ｅと、固定体４０Ｅに可動体５０Ｅを出力軸６０Ｅの軸（ＣＬ）方向に可動自在に支持する弾性体７０Ｅと、を有する。
【０１０９】
固定体４０Ｅは、電磁石２０Ｅと、円筒状のケース４７Ｅと、コア体２９Ｅと、軸受け４４Ｅと、固定側バネ受け部４７６とを有する。
【０１１０】
ケース４７Ｅは、アルミニウム等の非磁性体により形成されており、円筒部分の一方の端部に、中央に孔部が形成された正面側の蓋部４７１が形成された有蓋筒状をなしている。ここでは、ケース４７Ｅは、筒状部分の開口を後方に向けて配置されている。
【０１１１】
ケース４７Ｅにおいて円環状の蓋部４７１の裏面には、円環状のスペーサ４７２が配置され、蓋部４７１とスペーサ４７２の中央部には、軸受け４４Ｅが挿入されている。ケース４７Ｅ内において、軸受け４４Ｅとスペーサ４７２の後方には、中央部分に開口を有する固定側バネ受け部４７６が配置されている。この固定側バネ受け部４７６に一端部７１Ｅが固定された弾性体７０Ｅを介して、弾性体７０Ｅの他端部７２Ｅ側に、可動体５０Ｅが配置されている。
【０１１２】
ケース４７Ｅにおいて後方で開口する開口縁部には、ケース４７Ｄ内の空間を確保した状態で、ケース４７Ｄ内に配置された磁石３０に電磁石２０Ｅが対向配置するように、電磁石２０Ｅを収容した筒状コア２６Ｅが固定されている。
【０１１３】
電磁石２０Ｅは、実施の形態１と同様に構成されており、非磁性体であるボビン２３の筒状の胴体の外面にコイル２１が巻回されており、胴体内に、磁性体である柱状の本体コア２５Ｅが挿入されている。
【０１１４】
有底筒状の筒状コア２６Ｅは、磁性体からなり、底面の裏面側に磁性体の板コア２７Ｅが固定されている。筒状コア２６Ｅの内部には、電磁石２０Ｅを同一軸となるように配置されている。
【０１１５】
また、電磁石２０Ｅの本体コア２５Ｅは、筒状コア２６Ｅの底部の中央部に接合されている。これにより、本体コア２５Ｅは、筒状コア２６Ｅとともに、断面Ｅ字状のコアを構成する。なお、本体コア２５Ｅの中心軸と、コイル２１のコイル巻回軸と、筒状コア２６Ｅの中心軸は同一軸である。この軸を図１６では、コイル巻回軸ＣＬで示す。コイル２１のコイル巻線は、図示しない基板に接続されており、基板を介して外部端子に接続される。コイル２１には、外部端子を介して交流供給部８０から交流電源（交流電圧）が供給される。
【０１１６】
筒状コア２６Ｅは、電磁石２０Ｅを内部に装着した状態で、開口縁部をケース４７Ｅの開口縁部に固定している。
【０１１７】
筒状コア２６Ｅの電磁石２０Ｅの一端面２５２Ｅは、ケース４７Ｅ内に臨み、この一端面２５２Ｅは、ケース４７Ｅ内に配置される可動体５０Ｅの磁石３０と所定間隔（中心側エアギャップＣＧ）を空けて対向している。
【０１１８】
磁石３０は、コイル巻回軸に直交して配置された磁性体である円盤状の板ヨーク５２５の一面に固定されている。板ヨーク５２５において磁石３０が固定された面とは逆の面には、固定側バネ受け部４７６と対向して配置され、且つ、固定側バネ受け部４７６に対して弾性体７０を介して接合された可動側バネ受け部５４Ｅが固定されている。
【０１１９】
可動側バネ受け部５４Ｅは、固定側バネ受け部４７６とともに断面凸状に形成され、それぞれの凸部分を弾性体７０Ｅであるコイルバネの両端から内部に挿入することで、互いの軸が一致するように位置決めされて固定されている。
【０１２０】
この可動側バネ受け部５４Ｅの中央には、弾性体７０Ｅであるコイルバネの一端部７１Ｅ側に向かって出力軸６０Ｅが突設されており、この出力軸６０Ｅは、弾性体７０Ｅ内を挿通し、固定側バネ受け部４７６、軸受け４４Ｅを通って蓋部４７１の外方に延び出ている。
【０１２１】
この構成において、コイル２１に交流供給部８０（図１５参照）から交流電源が供給されると、一方の端面２５２Ｅを構成する本体コア２５Ｅの一端面は励磁されて極性を有し、対向する磁石３０に対して反発したり、磁石３０を吸引したりする。
【０１２２】
そして、実施の形態１と同様に、可動体５０Ｅは、アクチュエータ１０と同様の交流供給部８０からコイル２１への電力供給によって固定体４０Ｅに対して軸ＣＬ方向に往復運動し、これに伴い出力軸６０Ｅが軸ＣＬ方向（推力Ａ、−Ａ方向）に往復運動し、その運動を外部に出力する。この構成によれば、実施の形態１のリニアアクチュエータ１０と同様の効果を得ることができるとともに、リニアアクチュエータ１０と比較して、リニアアクチュエータ１０Ｅ内において、磁気回路において出力軸６０Ｅと軸受け４４Ｅとが占有していた空間を使用できる。これにより、リニアアクチュエータ１０Ｅにおいて、エネルギー変換効率が高くなり、小型化を図ることができる。
【０１２３】
（実施の形態７）
図１７は、本発明に係る実施の形態７のリニアアクチュエータにおける要部構成を示す概略断面図であり、図１８は、本発明に係る実施の形態７のリニアアクチュエータの磁石を示す斜視図である。図１７に示すリニアアクチュエータ１０Ｆは、図１〜４に示す実施の形態１に対応するリニアアクチュエータ１０と比較して、磁石３０に換えて磁石３０Ａを備える構成が異なり、この構成以外は、同様の構成である。よって、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。すなわち、図１７に示すリニアアクチュエータ１０Ｆにおいて、リニアアクチュエータ１０の構成と同様に、固定体４０は、コイル２１を有する電磁石２０を有する。可動体５０は、コイル２１の巻回軸ＣＬ方向でコイル２１に対向し、且つ、コイル巻回軸ＣＬ方向に単極着磁された磁石３０Ａと、同ＣＬ方向に延びる出力軸６０とを有する。弾性体７０は、電磁石２０及び磁石３０Ａとの間に中心側エアギャップＣＧが形成されるように、コイル巻回軸ＣＬ方向で離間する両端部７１、７２で固定体４０と可動体５０とに固定される。可動体５０は、交流供給部８０（図示省略）からの電力供給によって固定体４０に対して軸ＣＬ方向に往復運動し、これに伴い出力軸６０が軸ＣＬ方向に往復運動（矢印方向）して、外部に出力される。
【０１２４】
このリニアアクチュエータ１０Ｆにおける磁石３０Ａは、図１８に示すように、磁石３０Ａを分割した複数の分割磁石３０１から構成される。分割磁石３０１は、磁石３０Ａを出力軸６０（コイル巻回軸ＣＬに相当）に沿った面で複数に分割することにより形成されている。分割磁石３０１は、同様の形状をなしている。このように同様に形成された複数の分割磁石３０１が、着磁方向を同じにして出力軸６０を中心に円周状に配置されることにより円環状の磁石３０Ａを構成している。なお、図１８では、磁石３０Ａを４つの分割磁石３０１で構成したものを示しているが、これに限らず、２つ以上であればいくつの分割磁石で構成してもよい。
【０１２５】
このリニアアクチュエータ１０Ｆによれば、リニアアクチュエータ１０と同様の作用効果を得ることができるとともに、磁石３０Ａを組み込む際に、出力軸６０を挿通することなく、ヨーク５２に容易に取り付けることができる。また、分割磁石３０１は同形状であるので、ヨーク５２の底面部５２１に対して出力軸６０の周囲に位置するように組み込む場合でも、着磁方向をあわせて組み込むだけで容易に組み込むことができる。なお、この複数の分割磁石３０１で構成される磁石３０Ａは、実施の形態２〜６のリニアアクチュエータ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅの磁石３０に換えて適用可能である。各アクチュエータ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅにおいて磁石３０Ａを用いた場合の作用効果は、実施の形態７における磁石３０Ａと同様であるので説明は省略する。
【０１２６】
なお、実施の形態２〜７の各リニアアクチュエータ１０Ａ〜１０Ｆは、リニアアクチュエータ１０と同様の各式（１）、（２）、（３）に基づいて駆動する。すなわち、各リニアアクチュエータ１０Ａ〜１０Ｆにおいて、各可動体（５０Ａ〜５０Ｅ）の質量ｍ［Ｋｇ］、弾性体７０、７０Ｄ、７０Ｅにおけるコイル巻回軸方向のバネ定数Ｋｓｐとした場合、各可動体は、各固定体（４０Ａ〜４０Ｅ）に対して、上記式（１）によって算出される共振周波数ｆ０［Ｈｚ］で振動する。各リニアアクチュエータ１０Ａ〜１０Ｆは、交流供給部８０によって、コイル２１に各可動体の共振周波数ｆ０［Ｈｚ］と略等しい周波数の交流を供給する。これにより、各可動体は、共振状態で駆動して、出力を大きくでき、効率良く駆動する。また、リニアアクチュエータ１０Ａ〜１０Ｅは、リニアアクチュエータ１０と同様の上記式（２）で示す運動方程式及び上記式（３）で示す回路方程式に基づいて駆動する。
【０１２７】
これら実施の形態２〜７の各リニアアクチュエータ１０Ａ〜１０Ｅによれば、弾性体７０、７０Ｄ、７０Ｅが、コイル巻回軸ＣＬ方向に沿って配置され、且つ、コイル巻回軸ＣＬ方向で弾性変形して、可動体５０Ａ〜５０Ｅを固定体４０Ａ〜４０Ｅにコイル巻回軸ＣＬ方向で往復運動自在に支持させる。そして、弾性体７０、７０Ｄ、７０Ｅは、電磁石２０、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ及び磁石３０、３０Ａとの間に中心側エアギャップＣＧが形成されるように、コイル巻回軸ＣＬ方向で離間する両端部７１、７１Ｄ、７１Ｅ、７２、７２Ｄ、７２Ｅで固定体４０Ａ〜４０Ｅと可動体５０Ａ〜５０Ｅとに固定されている。これにより、各リニアアクチュエータ１０Ａ〜１０Ｆによって、簡易な構成で、小型化を図ることができ、組み立て性の向上、及び、コストの低廉化を図りつつ、安定した直線往復運動を実現できる。
【０１２８】
なお、実施の形態２〜７のリニアアクチュエータ１０Ａ〜１０Ｆにおいて、弾性体の中心軸と、コイル２１のコイル巻回軸と、出力軸の軸と、磁石３０、３０Ａの中心軸とは、軸ＣＬとして一致或いは略一致している。各実施の形態では、各軸が同一軸線上に位置するように、弾性体、コイル、ボビン、出力軸、磁石等は配置される。
【０１２９】
また、軸受け４４、４４Ｄを磁性体にすれば、磁石３０による磁束を無駄にすることなく利用でき、エネルギー変換効率を高めることができ、更に、各アクチュエータ１０、１０Ａ〜１０Ｄの小型化を図ることができる。
【０１３０】
また、各実施の形態において出力軸６０、６０Ｄは、非磁性体で構成しているので、出力軸６０、６０Ｄに組み立て時に不要な吸引力が働かくことがない。これにより、組み立て性の向上を図ることができるとともに、磁石３０、３０Ａによる磁束を無駄にすることなく利用できるため、エネルギー変換効率を高めることができ、各アクチュエータの小型化を図ることができる。
【０１３１】
なお、各実施の形態のリニアアクチュエータ１０〜１０Ｅにおいて用いられる磁石３０はそれぞれ一つとして図で示しているが、複数個で単極の一つの磁石として、各実施の形態１〜６の磁石と同様に配置して、同様の機能を有するようにしてもよい。
【０１３２】
また、これら各実施の形態のリニアアクチュエータ１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆは、それぞれ適宜、電動ブラシ、電動切削機及び電動エアポンプに搭載可能である。
【０１３３】
以下では、各リニアアクチュエータ１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆを備える電動ブラシ、電動切削機及び電動エアポンプの一例として、リニアアクチュエータ１０Ｅの主な構成を備える電動ブラシ、電動切削機及び電動エアポンプを説明する。
【０１３４】
＜電動歯ブラシの概略構成＞
図１９は、本発明に係る実施の形態６のリニアアクチュエータを備える電動歯ブラシを示す斜視図であり、図２０は、同電動歯ブラシの要部構成を示す縦断面図である。
図１９及び図２０に示す電動歯ブラシ１００Ａは、歯ブラシ部１０５と、筒状（軸状）の筐体１０１と、筐体１０１内に配置された電池１０３及びリニアアクチュエータ１０Ｅを有する。
【０１３５】
筐体１０１は、長手方向に延在するように形成され、一端側に歯ブラシ部１０５が挿入される開口部１０２を有する。
この開口部１０２から挿入される歯ブラシ部１０５の基端部は、リニアアクチュエータ１０Ｅの出力軸６０Ｅに同一軸心で着脱自在に取り付けられている。
リニアアクチュエータ１０Ｅは、筐体１０１内に、出力軸６０Ｅの軸（図１６に示すコイル２１の巻回軸ＣＬ）が筐体１０１の長手方向に沿うように配置されている。また、リニアアクチュエータ１０Ｅは、筐体１０１内に、出力軸６０Ｅの軸（コイル２１の巻回軸ＣＬ）方向（長手方向）で並んで配置された電池１０３に接続されている。電池１０５は、交流供給部（図示省略）の一部であり、この交流供給部によりリニアアクチュエータ１０Ｅ（具体的には、図１６に示すコイル２１）に交流が供給される。これにより、リニアアクチュエータ１０Ｅは電池からの電力により出力軸６０Ｅを矢印方向（Ａ方向、−Ａ方向）に可動させ、これにより、歯ブラシ部１０５も同様に往復運動させる。
このように、リニアアクチュエータ１０Ｅは、小型化が図られた構成を有するので、細長い軸状の筐体１０１内に配置でき、歯ブラシ部１０５を可動させることができる。
【０１３６】
＜電動切削機の概略構成＞
図２１は本発明に係る実施の形態６のリニアアクチュエータを備える電動切削機を示す斜視図であり、図２２は、同電動切削機の要部構成を示す縦断面図である。
図２１及び図２２に示す電動切削機１００Ｂは、図１９及び図２０に示す電動歯ブラシ１００Ａの構成において、出力軸６０Ｅに取り付けるアタッチメントを歯ブラシ部１０５に換えて、切削部（切削刃）１０６を取り付けたものである。すなわち、伝動切削機１００Ｂは、切削部１０６と、筒状（軸状）の筐体１０１Ｂと、電池１０３と、リニアアクチュエータ１０Ｅとを有する。
【０１３７】
切削部１０６は、先端に刃が形成されている。筐体１０１Ｂは、長手方向に延在するように形成され、一端側に形成された開口部１０２Ｂ内に切削部１０６の基端部が挿入されている。この開口部１０２から挿入される切削部１０６の基端部は、リニアアクチュエータ１０Ｅの出力軸６０Ｅに同一軸心で着脱自在に取り付けられている。
リニアアクチュエータ１０Ｅは、筐体１０１Ｂ内に、出力軸６０Ｅの軸（コイル２１の巻回軸ＣＬ）が筐体１０１Ｂの長手方向に沿うように配置されている。また、リニアアクチュエータ１０Ｅは、筐体１０１Ｂ内に、出力軸６０Ｅの軸（コイル２１の巻回軸ＣＬ）方向（筐体１０１Ｂの長手方向）で並んで配置された電池１０３に接続されている。電池１０５は、交流供給部（図示省略）の一部であり、この交流供給部によりリニアアクチュエータ１０Ｅ（具体的には、図１６に示すコイル２１）に交流が供給される。これにより、リニアアクチュエータ１０Ｅは、電池からの電力により出力軸６０Ｅを矢印方向（Ａ方向、−Ａ方向）に可動させ、これにより、切削部１０６も同様に往復運動させる。このように、リニアアクチュエータ１０Ｅは、小型化が図られた構成を有するので、細長い軸状の筐体１０１Ｂ内に配置でき、切削部１０６を可動させることができる。
【０１３８】
＜電動エアポンプの概略構成＞
図２３は、本発明に係る実施の形態６のリニアアクチュエータを備える電動エアポンプを示す斜視図であり、図２４は、同電動エアポンプの要部構成を示す概略断面図である。
図２３及び図２４に示す電動エアポンプ１００Ｃは、リニアアクチュエータ１０Ｇと、リニアアクチュエータ１０Ｇの一端面４７５（出力側の面）に接合されたポンプユニット１１０と、を有する。
なお、電動エアポンプ１００Ｃにおけるリニアアクチュエータ１０Ｇでは、図１６に示すリニアアクチュエータ１０Ｅの構成において、ケース４７Ｅに換えて、可動体５０Ｅとともに、電磁石２０Ｅを収容するポンプ用ケース４７Ｇを適用している。その他の基本的な構成はリニアアクチュエータ１０Ｅと同様であり、磁気回路の作用効果も、基本的には各リニアアクチュエータ１０、１０Ａ〜１０Ｄ、１０Ｆと同様である。よって、ここでは、リニアアクチュエータ１０Ｅと同様の構成には同名称、同符号を付して説明は省略する。リニアアクチュエータ１０Ｇは、リニアアクチュエータ１０Ｅと同様の磁気回路を有し、この回路により、軸方向に往復運動する出力軸６０Ｇを有する。
出力軸６０Ｇは、ポンプ用ケース４７Ｇの一端面４７５側（磁石３０を挟んで電磁石２０Ｅとは反対側）から突出して配置されており、ポンプユニット１１０内のプランジャ１１２に接合されている。
【０１３９】
ポンプユニット１１０は、吸気弁１１１ａ、排気弁１１１ｂが形成されたケース１１１と、ケース１１１内にポンプ室１１４を形成するダイヤフラム部１１６と、このダイヤフラム部１１６を軸方向に移動させるプランジャ１１２とを有する。なお、プランジャ１１２は、ダイヤフラム部１１６に、ポンプ室１１６とは逆側で固定されている。
【０１４０】
すなわち、ポンプユニット１１０では、ケース１１１内で、出力軸６０Ｇに接合されたプランジャ１１２の出力軸６０Ｇの移動によりダイヤフラム部１１６は、軸方向に移動する。このダイヤフラム部１１６の軸方向への移動により、ポンプ室１１４は伸縮し、これによりポンプ室１１４内外へ吸気弁１１１ａ、排気弁１１１ｂを介した吸気、排気を行われる。すなわち、リニアアクチュエータ１０Ｇが、駆動することにより、出力軸６０Ｇの矢印方向（Ａ方向、−Ａ方向）へ往復運動し、これにより、プランジャ１１２を介して、ポンプ室１１４内の空気は、吸気弁１１１ａ、排気弁１１１ｂを介して排気、吸気される。リニアアクチュエータ１０Ｇは、小型化が図られた構成を有するので、電動エアポンプ１００Ｃ自体の形状を、細長い筒状体に形成することができる。
【０１４１】
なお、上記本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り、種々の改変をなすことができ、そして本発明が該改変させたものに及ぶことは当然である。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本発明に係るリニアアクチュエータは、簡易な構成で、小型化を図ることができ、組み立て性の向上、及び、コストの低廉化を図りつつ、安定した直線往復運動を実現する効果を有し、形状が小さく細長い電動ブラシ、電動切削機や形状が小さい電動エアポンプへ好適に適用できる。
【符号の説明】
【０１４３】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ  リニアアクチュエータ
２０、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ  電磁石
２１  コイル
２３、２３Ｄ  ボビン
２４Ｅ  コア
２５、２５Ｅ  本体コア
２６、２７Ｅ  板コア
２６Ｃ  円盤コア
２６Ｅ  筒状コア
２８  磁性ケース
２９  正面コア部
３０、３０Ａ  磁石
３２  対向面
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ  固定体
４１  ベースプレート
４１ａ  正面板部
４１ｂ、４１ｃ  側面板部
４４、４４Ｄ、４４Ｅ  軸受け
４６、４８  バネ受け部
４７、４７Ｅ  ケース
５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ、５０Ｅ  可動体
５２、５２Ｄ  ヨーク
５４、５４Ｅ  可動側バネ受け部
５５、５２５  板ヨーク
５６  固着板部
５７  カップ状磁性体
５８  軸固定部
６０、６０Ｄ、６０Ｅ  出力軸
６１  フランジ
６２  軸部
７０、７０Ｄ、７０Ｅ  弾性体
７１、７１Ｄ、７１Ｅ  一端部
７２、７２Ｄ、７２Ｅ  他端部
８０  交流供給部
２５２、２５２Ｅ  本体コアの端面
３０１  分割磁石
４７１  蓋部
４７２  スペーサ
４７４  可動側バネ受け部
４７６  固定側バネ受け部
５２１  ヨーク底面部
５２２  ヨーク周壁部
ＣＧ  中心側エアギャップ（エアギャップ）
【図１】
0006365190.tif 000005
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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