(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部（２７）と、この可動部（２７）を電磁力で往復駆動させる電磁駆動部（２８）とを備えた振動型アクチュエータ（２６Ａ）において、
前記可動部（２７）と電磁駆動部（２８）とを本体ケース（３０）内に往復動可能に収納して、この本体ケース（３０）内で、前記可動部（２７）と電磁駆動部（２８）とを逆位相で往復動させるようにしたものであり、
前記可動部（２７）は、プランジャー（１）と、プランジャー（１）に固定した出力軸（２）とで構成し、
前記電磁駆動部（２８）は、プランジャー（１）と出力軸（２）とを収納するシールドケース（４）と、シールドケース（４）の内周面に固定したコイル（３）と、コイル（３）の軸方向の両側方に固定した永久磁石（５，６）と、永久磁石（５，６）のコイル側に固定したヨーク（７，８）と、永久磁石（５，６）のコイル（３）の反対側に固定したヨーク（９，１０）と、プランジャー（１）の一端部とシールドケース（４）の一端部との間に介設したばね（１１）と、プランジャー（１）の他端部とシールドケース（４）の他端部との間に介設したばね（１２）とで構成して、この各ばね（１１，１２）により、シールドケース（４）内で可動部（２７）を軸方向に往復動可能に弾性支持する一方、
前記シールドケース（４）は、本体ケース（３０）内に収納して、シールドケース（４）の一端部と本体ケース（３０）の一端部の間、およびシールドケース（４）の他端部と本体ケース（３０）の他端部の間にばね（３１，３２）をそれぞれ介設して、この各ばね（３１，３２）により、本体ケース（３０）内でシールドケース（４）を軸方向に往復動可能に弾性支持することを特徴とする振動型アクチュエータ。
【請求項２】
可動部（３５）と、この可動部（３５）を電磁力で往復駆動させる電磁駆動部（３６）とを備えた振動型アクチュエータ（２６Ｂ）において、
前記可動部（３５）と電磁駆動部（３６）とを本体ケース（４４）内に往復動可能に収納して、この本体ケース（４４）内で、前記可動部（３５）と電磁駆動部（３６）とを逆位相で往復動させるようにしたものであり、
前記可動部（３５）は、出力軸（２１）と、出力軸（２１）に固定したヨーク（１７）と、このヨーク（１７）に固定した交互に異なる磁極の永久磁石（１９）とで構成し、
前記電磁駆動部（３６）は、アクチュエータケース（３７）と、アクチュエータケース（３７）に固定した電動モータ（２０）と、電動モータ（２０）の出力軸（２０ａ）に固定したヨーク（１６）と、このヨーク（１６）に固定した交互に異なる磁極の永久磁石（１８）と、出力軸（２１）のセンタープレート（４０）の一端部とアクチュエータケース（３７）の一端部との間に介設したばね（４３）と、出力軸（２１）のセンタープレート（４０）の他端部とアクチュエータケース（３７）の他端部との間に介設したばね（４２）とで構成して、この各ばね（４２，４３）により、アクチュエータケース（３７）内で可動部（３５）を軸方向に往復動可能に弾性支持する一方、
前記アクチュエータケース（３７）は、電動モータ（２０）とともに回り止め状態で本体ケース（４４）内に収納して、アクチュエータケース（３７）の一端部と本体ケース（４４）の一端部の間、およびアクチュエータケース（３７）の他端部と本体ケース（４４）の他端部の間にばね（４６，４７）をそれぞれ介設して、この各ばね（４６，４７）により、本体ケース（４４）内でアクチュエータケース（３７）を軸方向に往復動可能に弾性支持することを特徴とする振動型アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型化、軽量化およびコストダウン化が図れるようにした低振動の振動型アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、可動部と、この可動部を電磁力で往復駆動させる電磁駆動部とを備えて、電気カミソリや電動歯ブラシ等の駆動部に用いられる振動型アクチュエータがある。
【０００３】
特許文献１の振動型アクチュエータ（リニアオシレータ）は、往復動自在の可動部と、この可動部を収納するケースと、このケースに可動に支持された振幅制御錘とを備えて、可動部および振幅制御錘は、リニアオシレータの共振周波数もしくはその近傍の周波数で往復動させるものである。
【０００４】
具体的には、図５（ａ）に示すように、可動部は、鉄材などの磁性体にて形成された円柱状のプランジャー１と、出力軸２とで構成されて、プランジャー１は、軸方向の両端付近が大径に、中央部が小径に形成されて、出力軸２が貫通固定されていて、プランジャー１の外周には環状のコイル３が配設されている。
【０００５】
また、可動部を収納するシールドケース４の内面に固定されたコイル３の軸方向両側には、コイル３に対して対称に着磁された環状の永久磁石５，６が配設されて、これら永久磁石５，６とコイル３との間には環状のヨーク７，８が配設され、永久磁石５，６のヨーク７，８と反対側の位置には環状のヨーク９，１０が配設されている。前記コイル３、永久磁石５，６およびヨーク７〜１０とで、電磁駆動部を構成する。
【０００６】
さらに、プランジャー１の一端面とシールドケース４との間には第１ばね１１が配設され、プランジャー１の他端面とシールドケース４との間には、第２ばね１２と振幅制御錘１４と第３ばね１３がこの順で配設されている。ばね１１〜１３は、可動部を軸方向に付勢してばね振動系を構成する。
【０００７】
そして、コイル３に電流を流していない時は、永久磁石５，６がヨーク７〜１０を介してプランジャー１に及ぼす磁力と、ばね１１〜１３のばね力とが釣り合う図示の位置でプランジャー１は静止している。この状態からコイル３に一方向電流を流すと、２つの永久磁石５，６のうちの一方の磁束が弱められるために、ばねに抗してプランジャー１は、他方の磁石側に移動し、コイル３に逆方向電流を流すと、ばねに抗してプランジャー１は逆方向に移動することから、コイル３に交番電流を流すことで、プランジャー１とともに出力軸２が軸方向に往復動（振動…矢印ａ参照）するようになる。
【０００８】
ここで、特許文献１では、プランジャー１と出力軸２とを備えてなる可動部と、振幅制御錘１４との軸方向の運動について着目した場合、ばね１１〜１３の存在によってばね振動系モデルとして取り扱うことができるとし、可動部と振幅制御錘１４と固定部の質量、ばねのばね定数と減衰係数等に基づいて、ばね振動系における各質点の自由振動時の運動方程式で、２つの解の周波数ｆ１，ｆ２を求めている。
【０００９】
この２つの解の周波数ｆ１，ｆ２は共振周波数であり、第１次（低次側）の固有振動数ｆ１の振動モードは、可動部と振幅制御錘１４とが同位相で運動する振動モード、第２次（高次側）の固有振動数ｆ２の振動モードは、可動部と振幅制御錘１４とが逆位相で運動する振動モードである。
【００１０】
そして、第２次の固有振動数ｆ２近傍の周波数の電流をコイル３に印加することで、可動部に軸方向の往復運動を行わせた場合、逆位相の運動を行う振幅制御錘１４は、可動部の慣性力を打ち消すことができ、逆に振幅制御錘１４の慣性力を可動部が打ち消すことになる。更に、この状態では２つの質点である可動部と振幅制御錘１４の慣性力が釣り合うように運動しようとし、カウンタ動作による慣性力の打ち消し合い効果は大きく、このために固定部側へ伝わる２質点（可動部と振幅制御錘１４）からの力は極小となり、よって、リニアオシレータにおける振動は極小となる、つまり、低振動のリニアオシレータを得ることができる。
【００１１】
一方、特許文献２の振動型アクチュエータ（バイブレータ装置）は、図５（ｂ）に示すように、回転可能な回転円板１６と、軸方向に移動可能な軸動円板１７とを対向配置し、これら各円板１６，１７の対向面に、円周方向に交互に異なる磁極の永久磁石（本例では、各４極）１８，１９を配列して、回転円板１６を電動モータ２０で回転させることにより、軸動円板１７に対して磁気的に吸引・反発を行わせることで、軸動円板１７とともに出力軸２１が軸方向に往復動（振動…矢印ａ参照）するようになる。
【特許文献１】特開２００２−１９９６８９号公報
【特許文献２】特開昭６２−６５７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１では、振幅制御錘１４を配置するためのスペースが必要であるので小型化が困難であり、振幅制御錘１４が必要であるので軽量化やコストダウン化が困難であった。
【００１３】
また、特許文献２では、特許文献１のような振幅制御錘は無いものの、低振動とするための対策が要望されている。
【００１４】
本発明は、前記問題を解消するためになされたもので、小型化、軽量化およびコストダウン化が図れるようにした低振動の振動型アクチュエータを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するために、本発明の第１の手段は、可動部と、この可動部を電磁力で往復駆動させる電磁駆動部とを備えた振動型アクチュエータにおいて、前記可動部と電磁駆動部とを本体ケース内に往復動可能に収納して、この本体ケース内で、前記可動部と電磁駆動部を逆位相で往復動させるようにしたものであり、前記可動部は、プランジャーと、プランジャーに固定した出力軸とで構成し、前記電磁駆動部は、プランジャーと出力軸とを収納するシールドケースと、シールドケースの内周面に固定したコイルと、コイルの軸方向の両側方に固定した永久磁石と、永久磁石のコイル側に固定したヨークと、永久磁石のコイルの反対側に固定したヨークと、プランジャーの一端部とシールドケースの一端部との間に介設したばねと、プランジャーの他端部とシールドケースの他端部との間に介設したばねとで構成して、この各ばねにより、シールドケース内で可動部を軸方向に往復動可能に弾性支持する一方、前記シールドケースは、本体ケース内に収納して、シールドケースの一端部と本体ケースの一端部の間、およびシールドケースの他端部と本体ケースの他端部の間にばねをそれぞれ介設して、この各ばねにより、本体ケース内でシールドケースを軸方向に往復動可能に弾性支持することを特徴とする振動型アクチュエータを提供するものである。
【００１６】
本発明の第２の手段は、可動部と、この可動部を電磁力で往復駆動させる電磁駆動部とを備えた振動型アクチュエータにおいて、前記可動部と電磁駆動部とを本体ケース内に往復動可能に収納して、この本体ケース内で、前記可動部と電磁駆動部とを逆位相で往復動させるようにしたものであり、前記可動部は、出力軸と、出力軸に固定したヨークと、このヨークに固定した交互に異なる磁極の永久磁石とで構成し、前記電磁駆動部は、アクチュエータケースと、アクチュエータケースに固定した電動モータと、電動モータの出力軸に固定したヨークと、このヨークに固定した交互に異なる磁極の永久磁石と、出力軸のセンタープレートの一端部とアクチュエータケースの一端部との間に介設したばねと、出力軸のセンタープレートの他端部とアクチュエータケースの他端部との間に介設したばねとで構成して、この各ばねにより、アクチュエータケース内で可動部を軸方向に往復動可能に弾性支持する一方、前記アクチュエータケースは、電動モータとともに回り止め状態で本体ケース内に収納して、アクチュエータケースの一端部と本体ケースの一端部の間、およびアクチュエータケースの他端部と本体ケースの他端部の間にばねをそれぞれ介設して、この各ばねにより、本体ケース内でアクチュエータケースを軸方向に往復動可能に弾性支持することを特徴とする振動型アクチュエータを提供するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、可動部と逆位相で往復動する電磁駆動部が振幅制御錘の役割を兼ねるから、振幅制御錘を別に配置する必要が無くなるので、振幅制御錘を配置するためのスペースが不要となって小型化でき、振幅制御錘自体も不要となって軽量化やコストダウン化が図れるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、背景技術と同一構成・作用の箇所は、同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００２０】
図１は、第１実施形態の振動型アクチュエータ２６Ａであり、特許文献１に対応するタイプである。プランジャー１と、このプランジャー１に固定された出力軸２とで可動部２７が構成され、プランジャー１と出力軸２とは円筒状のシールドケース４内に収納されて、出力軸２がシールドケース４の両端部の貫通穴４ａに往復動可能に貫通されている。
【００２１】
前記シールドケース４の内周面には環状のコイル３が固定され、このコイル３の軸方向の両側方には、環状の永久磁石５，６が固定され、永久磁石５，６のコイル３側に環状のヨーク７，８が固定され、永久磁石５，６のコイル３の反対側に環状のヨーク９，１０が固定されている。
【００２２】
さらに、プランジャー１の一端面とシールドケース４の一端部との間にばね１１が介設され、プランジャー１の他端面とシールドケース４の他端部との間にばね１２が介設されて、シールドケース４内で、プランジャー１とともに出力軸２を軸方向に往復動可能に弾性支持している。
【００２３】
そして、コイル３に電流を流していない時は、永久磁石５，６がヨーク７〜１０を介してプランジャー１に及ぼす磁力と、ばね１１，１２のばね力とが釣り合う図示の位置でプランジャー１は静止している。
【００２４】
前記コイル３、シールドケース４、永久磁石５，６、ヨーク７〜１０およびばね１１，１２等で電磁駆動部２８が構成される。
【００２５】
前記シールドケース４は、円筒状の本体ケース３０内に収納されて、可動部２７の出力軸２が本体ケース３０の両端部の貫通穴３０ａに往復動可能に貫通されている。
【００２６】
また、シールドケース４の一端部と本体ケース３０の一端部の間にばね３１が介設され、シールドケース４の他端部と本体ケース３０の他端部との間にばね３２が介設されて、本体ケース３０内で、シールドケース４を軸方向に往復動可能に弾性支持している。
【００２７】
そして、コイル３に電流を流していない時は、ばね３１，３２のばね力が釣り合う図示の位置でシールドケース４は静止している。
【００２８】
前記ばね１１，１２は、可動部２７を軸方向に付勢するばね振動系を構成し、前記ばね３１，３２は、シールドケース４を軸方向に付勢するばね振動系を構成する。ここで、質量の大きな電磁駆動部２８は、背景技術の振幅制御錘１４と同様の「錘」として機能する。
【００２９】
図１の状態からコイル３に一方向電流を流すと、２つの永久磁石５，６のうちの一方の磁束が弱められるために、ばねに抗してプランジャー１は、他方の磁石側に移動し、コイル３に逆方向電流を流すと、ばねに抗してプランジャー１は逆方向に移動することから、コイル３に交番電流を流すことで、プランジャー１とともに出力軸２が軸方向に往復動（振動…矢印ａ参照）するようになる。
【００３０】
ここで、特許文献１と同様に、可動部２７と電磁駆動部２８とが逆位相で運動する振動モードである第２次（高次側）の固有振動数ｆ２近傍の周波数の電流をコイル３に印加することで、可動部２７に軸方向の往復運動を行わせた場合、逆位相の運動を行う電磁駆動部２８は、可動部２７の慣性力を打ち消すことができ、逆に電磁駆動部２８の慣性力を可動部２７が打ち消すことになる。更に、この状態では２つの質点である可動部２７と電磁駆動部２８の慣性力が釣り合うように運動しようとし、カウンタ動作による慣性力の打ち消し合い効果は大きく、このために固定部側へ伝わる２質点（可動部２７と電磁駆動部２８）からの力は極小となり、よって、振動型アクチュエータ２６Ａにおける振動は極小となる、つまり、低振動の振動型アクチュエータ２６Ａを得ることができる。
【００３１】
第１実施形態の振動型アクチュエータ２６Ａでは、電磁駆動部２８が特許文献１の振幅制御錘１４の役割を兼ねるから、振幅制御錘１４を別に配置する必要が無くなるので、振幅制御錘１４を配置するためのスペースが不要となって小型化でき、振幅制御錘１４自体も不要となって軽量化やコストダウン化が図れるようになる。
【００３２】
図２〜図４は、第２実施形態の振動型アクチュエータ２６Ｂであり、特許文献２に対応するタイプである。出力軸２１と、この出力軸２１の他端部（後端部）に固定された軸動円板（ヨーク）１７と、この軸動円板１７に固定された、円周方向に交互に異なる磁極の永久磁石１９とで可動部３５が構成され、出力軸２１と軸動円板１７および永久磁石１９とは、円筒状のアクチュエータケース３７内に収納されている。前記出力軸２１は、アクチュエータケース３７内に固定された一対のベアリング３８，３９で往復動可能に支持されて、出力軸２１の一端部（先端部）がアクチュエータケース３７の貫通穴３７ａに往復動可能に貫通されている。
【００３３】
前記アクチュエータケース３７内には、一対のベアリング３８，３９の間に中空部３７ｂが形成され、この中空部３７ｂ内において、前記出力軸２１にセンタープレート４０が固定されるとともに、各ベアリング３８，３９側にばね受け４１ａ，４１ｂがそれぞれ配置されている。各ばね受け４１ａ，４１ｂとセンタープレート４０との間に、ばね４２，４３がそれぞれ介設されて、アクチュエータケース３７内で、出力軸２１を軸方向に往復動可能に弾性支持している。そして、ばね４２，４３のばね力が釣り合う図２の位置で出力軸２１は静止している。
【００３４】
前記アクチュエータケース３７の他端部には電動モータ２０が固定され、この電動モータ２０の出力軸２０ａに固定された回転円板（ヨーク）１６に、前記出力軸２１の永久磁石１９と対向する、円周方向に交互に異なる磁極の永久磁石１８が固定されている。
【００３５】
前記アクチュエータケース３７、電動モータ２０，永久磁石１８、ばね４２，４３等で電磁駆動部３６が構成される。
【００３６】
前記電動モータ２０とともにアクチュエータケース３７は、円筒状の本体ケース４４内に収納されて、可動部３５の出力軸２１の一端部が本体ケース４４の貫通穴４４ａに往復動可能に貫通されている。
【００３７】
前記アクチュエータケース３７の一端部には環状の金属製摺動板４５が嵌装され、この摺動板４５に対応する本体ケース４４内には、図４（ｄ）に示すように、円周上等角度間隔（本例では１２０度間隔）で三角形状のリブ４４ｂが突出されて、各リブ４４ｂで摺動板４５を支承することで、本体ケース４４内で、アクチュエータケース３７を軸方向に往復動可能に支持するようになる。この摺動板４５によって、リブ４４ｂとアクチュエータケース３７との間の摺動がスムーズになり、リブ４４ｂの摩耗も低減することができる。なお、図４（ｅ）に示すように、円周上等角度間隔（本例では９０度間隔）で半円形状のリブ４４ｂを突出して、各リブ４４ｂで摺動板４５を支承するようにしても良い。
【００３８】
前記電動モータ２０は、正面視で小判形状に形成されて、この電動モータ２０に対応する前記本体ケース４４内の上下位置には、図４（ａ）に示すように三角形状のリブ４４ｃが突出されて、各リブ４４ｃで電動モータ２０を回り止めしながら支承することで、本体ケース４４内で、電動モータ２０を軸方向に往復動可能に支持するようになる。
【００３９】
換言すれば、本体ケース４４内で、電動モータ２０を一体化したアクチュエータケース３７が軸方向に往復動可能に支持されることになる。
【００４０】
なお、図４（ｂ）に示すように、本体ケース４４内の左右位置に三角形状のリブ４４ｄを突出して、各リブ４４ｄで電動モータ２０を回り止めしながら支承することもでき、図４（ｃ）のように、本体ケース４４内を小判形状に形成して、電動モータ２０を回り止めしながら支承することもできる。
【００４１】
また、アクチュエータケース３７の一端部と本体ケース４４の一端部の間にばね４６が介設され、電動モータ２０の他端部と本体ケース３０の他端部との間にばね４７が介設されて、本体ケース４４内で、電動モータ２０とともにアクチュエータケース３７を軸方向に往復動可能に弾性支持している。そして、ばね４６，４７のばね力が釣り合う図２の位置で電動モータ２０とともにアクチュエータケース３７は静止している。なお、ばね４６，４７をコイルばねでは無く、板ばねやトーションバーとすれば、アクチュエータケース３７を回り止めできるので、前述のような電動モータ２０の回り止めは不要になる。
【００４２】
前記ばね４２，４３は、可動部３５を軸方向に付勢するばね振動系を構成し、前記ばね４６，４７は、電動モータ２０とともにアクチュエータケース３７を軸方向に付勢するばね振動系を構成する。ここで、質量の大きな電磁駆動部３６は、背景技術の振幅制御錘１４と同様の「錘」として機能する。
【００４３】
そして、図３（ａ）の状態から電動モータ２０を回転駆動させると、回転円板１６とともに永久磁石１８が回転して、軸動円板１７の永久磁石１９に対して磁気的に吸引・反発を行わせることで、図３（ｂ）（ｃ）のように、軸動円板１７とともに出力軸２１が軸方向に往復動（振動…矢印ａ参照）するようになる。
【００４４】
この場合、図３（ｂ）のように、永久磁石１８，１９が磁気的に吸引を行う時は、可動部３５は後方に移動すると同時に、電磁駆動部３６が前方に移動し、図３（ｃ）のように、永久磁石１８，１９が磁気的に反発を行う時は、可動部３５は前方に移動すると同時に、電磁駆動部３６が後方に移動する。つまり、可動部３５に軸方向の往復運動を行わせた場合、逆位相の運動を行う電磁駆動部３６は、可動部３５の慣性力を打ち消すことができ、逆に電磁駆動部３６の慣性力を可動部３５が打ち消すことになる。更に、この状態では２つの質点である可動部３５と電磁駆動部３６の慣性力が釣り合うように運動しようとし、カウンタ動作による慣性力の打ち消し合い効果は大きく、このために固定部側へ伝わる２質点（可動部３５と電磁駆動部３６）からの力は極小となり、よって、振動型アクチュエータ２６Ｂにおける振動は極小となる、つまり、低振動の振動型アクチュエータ２６Ｂを得ることができる。
【００４５】
第２実施形態の振動型アクチュエータ２６Ｂでは、電磁駆動部３６が特許文献１の振幅制御錘１４の役割を兼ねるから、振幅制御錘１４を別に配置する必要が無くなるので、振幅制御錘１４を配置するためのスペースが不要となって小型化でき、振幅制御錘１４自体も不要となって軽量化やコストダウン化が図れるようになる。
【００４６】
前記振動型アクチュエータ２６Ａ，２６Ｂは、電気カミソリや電動歯ブラシ等の駆動部に用いる他、口腔内衛生装置の駆動部に用いることで、装置本体が軽くなって振動が小さいために、使い回しが良く、使用感に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る振動型アクチュエータの断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る振動型アクチュエータであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は可動部と電磁駆動部の斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、可動部と電磁駆動部とが逆位相で往復動する状態示す断面図である。
【図４】（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に相当する断面図、（ｂ）（ｃ）は変形例の図２のＡ−Ａ線に相当する断面図、（ｄ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線に相当する断面図、（ｅ）は変形例の図２（ａ）のＢ−Ｂ線に相当する断面図である。
【図５】従来の振動型アクチュエータであり、（ａ）は第１実施形態の振動型アクチュエータに対応するタイプの断面図、（ｂ）は第２実施形態の振動型アクチュエータに対応するタイプの斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    プランジャー
２    出力軸
３    コイル
４    シールドケース
５，６  永久磁石
７〜１０  ヨーク
１１，１２  ばね
１６  回転円板（ヨーク）
１７  軸動円板（ヨーク）
１８，１９  永久磁石
２０  電動モータ
２６Ａ，２６Ｂ  振動型アクチュエータ
２７  可動部
２８  電磁駆動部
３０  本体ケース
３１，３２  ばね
３５  可動部
３６  電磁駆動部
３７  アクチュエータケース
４０  センタープレート
４２，４３  ばね
４４  本体ケース
４６，４７  ばね
【図１】
0004432840.tif 000002
【図２】
0004432840.tif 000003
【図３】
0004432840.tif 000004
【図４】
0004432840.tif 000005
【図５】
0004432840.tif 000006