JP2016027790A - アクチュエータ及び電動理美容器具 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、高いエネルギー変換効率を得ることができ、高出力を実現すること。【解決手段】可動体１２０は、周面に周方向に沿ってＮ磁極面とＳ磁極面とを交互に有する円筒状のマグネット１２３を備える。固定体１１０は、マグネット１２３の周面に対向して、周方向に亘って配置され、Ｎ磁極面及びＳ磁極面と同数の極歯１１５ｂ、１１６ｂと、可動体１２０の共振周波数に略等しい周波数の交流が供給され、極歯１１５ｂ、１１６ｂを周方向で交互に異なる極性で励磁するコイル１１４ｂとを備える。可動体１２０は、極歯１１５ｂ、１１６ｂの周方向の中心位置ＣＬ１と、マグネット１２３の磁極面の切り替わり位置とが対向する位置ＣＬ２を回動基準位置として固定体１１０に回動自在に保持される。【選択図】図５

Description

本発明は、回動共振型のアクチュエータ及び電動理美容器具に関する。

従来、電動理美容器具としての電動歯ブラシでは、往復直線運動により、歯と歯茎の境界部分に斜め（約４５度の角度）に当てて左右に振動するバス磨き用の歯ブラシと、軸回りの所定角度範囲で往復（正逆）回転運動して、歯茎から歯に向かって回転させるように動くローリング磨き用の歯ブラシが知られている。

これら歯ブラシの駆動には、通常の軸回り回転を行う回転式ＤＣモータの回転を、運動方向変換機構を介して、直線往復運動又は往復回転運動する構造が多く用いられている。また、この構造以外にも、リニア駆動アクチュエータにより歯ブラシを往復直線運動する構造、又は、アクチュエータの振動によって、アクチュエータを含む駆動源とは別体の共振振動機構を共振させて歯ブラシを往復回転運動する構造が知られている。

リニア駆動アクチュエータにより歯ブラシを往復直線運動させる構造は、特許文献１に示すように、リニア駆動アクチュエータによって、歯ブラシ部に直結する出力軸の軸方向の往復振動を直接発生させてバス磨きを実現している。この構造では、運動変換機構による動力ロスがなく、また高速な振動を行わせることができるものとなっている。

また、アクチュエータと、アクチュエータを含む駆動源とは別体の共振振動機構とを有する構造は、特許文献２に振動歯ブラシに開示されている。この特許文献２は、電磁石及び永久磁石を備える駆動手段によって、レバーアームを備える共振振動機構を励振して、歯ブラシ部に同軸で直結するレバーアームを首振り運動させてローリング磨きを実現している。

特開２００２−０７８３１０号公報 特許第３２４３５２９号公報

このように電動歯ブラシに用いられて往復回転運動するアクチュエータとしては、より簡易な構成で、高出力のアクチュエータが望まれている。

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、高出力を実現できるアクチュエータ及び電動理美容器具を提供することを目的とする。

本発明のアクチュエータの一つの態様は、内周面に周方向に沿ってＮ磁極面とＳ磁極面とを交互に有する円筒状のマグネット部を備える可動体と、前記マグネット部の内周面に対向する外周面を有し，前記外周面に周方向に沿って配置される極歯面と、前記極歯面を励磁するコイルとを備える固定体と、前記可動体を前記固定体に対して、前記可動体の一部である回転軸を中心に往復回動可能に支持するとともに、前記可動体を回動基準位置に付勢するねじりコイルばねと、を有し、前記コイルは、前記可動体のイナーシャと前記ねじりコイルばねのねじり方向のばね定数により定まる可動体の共振周波数に略等しい周波数の交流が供給されて、前記極歯面を周方向で交互に異なる極性で励磁し、前記ねじりコイルばねは、一端部が前記可動体の前記回転軸の一端部に固定され、且つ、他端部が前記固定体に固定されるとともに、ねじり方向の中心軸が前記回転軸の軸心と一致するように配置され、前記固定体に対して前記可動体を前記可動体の共振周波数で振動可能に支持する構成を採る。

本発明の電動理美容器具は、上記構成のアクチュエータを備える構成を採る。

本発明によれば、簡易な構成で、高いエネルギー変換効率を得ることができ、高出力を実現できる。

本発明の実施の形態１に係るアクチュエータを示す斜視図 同アクチュエータの下面を示す斜視図 同アクチュエータの要部分解斜視図 同アクチュエータにおける要部構成を示す概略断面図 同アクチュエータの磁気回路を示す平断面図 同アクチュエータの動作を説明するための平断面図 同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 本発明の実施の形態２に係るアクチュエータの分解斜視図 同アクチュエータの磁気回路を示す平断面図 本発明の実施の形態３に係るアクチュエータを示す斜視図 同アクチュエータの下面を示す斜視図 同アクチュエータの要部分解斜視図 同アクチュエータにおける要部構成を示す概略断面図 同アクチュエータの磁気回路を示す平断面図

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るアクチュエータを示す斜視図であり、図２は、同アクチュエータの下面を示す斜視図であり、図３は、同アクチュエータの要部分解斜視図である。また、図４は、同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る。

図１及び図２に示すアクチュエータ１００は、固定体１１０と、可動体１２０と、固定体１１０に可動体１２０を可動自在に支持する弾性部材（弾性支持部）１８０（図２参照）と、交流供給部１９０（図３参照）とを有する。

図１及び図２に示すアクチュエータ１００では、可動体１２０（図２参照）は、交流供給部１９０からの電力供給によって固定体１１０に対して可動し、可動体１２０の出力アーム（以下、「アーム」）１２１が、所定の角度範囲内で正逆方向（図１の矢印方向）に回動し、回転往復振動として外部に出力する。

図３及び図４に示すように固定体１１０は、ベースプレート１１１と、基板１１２と、軸受け１１３と、円環状のコイル部１１４と、コイル部１１４の外周に沿って配置される極歯（極歯面）１１５ｂ、１１６ｂを有する櫛歯状の上下ヨーク１１５、１１６と、を有する。

固定体１１０では、ベースプレート１１１には基板１１２が取り付けられている。このベースプレート１１１には、中央部に設けられた開口部内に軸受け１１３の基端部が挿入され、軸受け１１３は、ベースプレート１１１に対して、垂直に立設した状態で固定されている。

軸受け１１３には、可動体１２０の回動軸１２２が挿入されており、軸受け１１３は、回動軸１２２を回転自在に軸支する。

この軸受け１１３の外周に、上下ヨーク１１５、１１６により囲まれるコイル部１１４が配置されている。

コイル部１１４は、ボビン１１４ａに、コイル１１４ｂを周方向に周回することで構成される。ボビン１１４ａは、コイル１１４ｂとともにアクチュエータ１００の駆動源発生に用いられる。ボビン１１４ａは、回動軸１２２及びコイル１１４ｂの軸と同一軸心である。コイル１１４ｂのコイル巻線は、基板１１２に接続されており、基板１１２を介して外部端子に接続される。コイル１１４ｂには、外部端子を介して交流供給部１９０から交流電源（交流電圧）が供給される。

上下ヨーク１１５、１１６は、磁性体であり、円環状の本体板部１１５ａ、１１６ａの外周縁から垂直に設けられた極歯１１５ｂ、１１６ｂを櫛歯状に備える。上下ヨーク１１５、１１６は、コイル部１１４を軸方向から挟み込むように互いに非接触で配置される。上下ヨーク１１５、１１６のそれぞれの本体板部１１５ａ、１１６ａは、コイル部１１４において軸方向で離間する上下面に対向して配置され、上下ヨーク１１５、１１６のそれぞれの極歯１１５ｂ、１１６ｂは、コイル部１１４の外周面を囲むように互い違いに位置する。具体的には、上ヨーク１１５は、コイル部１１４の上側から嵌め込まれており、その本体板部１１５ａは、コイル部１１４の上面に対向し、極歯１１５ｂはコイル部１１４の外周面に沿って櫛歯状（所定間隔を空けて）に位置する。下ヨーク１１６は、コイル部１１４の下側から嵌め込まれており、本体板部１１６ａは、コイル部１１４の下面に対向し、極歯１１６ｂは、コイル部１１４の外周面に沿って位置する極歯１１５ｂの間に一様に配置される。

上下ヨーク１１５、１１６の極歯１１５ｂ、１１６ｂは、可動体１２０のマグネット１２３（後述する）の磁極数と等しい極数となっている。

この構成により、コイル１１４ｂに交流電源が供給されると、上ヨーク１１５と、下ヨーク１１６は、それぞれ励磁されて互いに異なる極性となり、上下ヨーク１１５、１１６のそれぞれの極歯１１５ｂ、１１６ｂも異なる極性で励磁される。コイル１１４ｂは、交流供給部１９０から可動体１２０の共振周波数に略等しい周波数の交流が供給されると、極歯１１５ｂ、１１６ｂを交互に異なる極性で励磁する。すなわち、コイル部１１４の外周面には、外周面に沿って異なる磁極面が交互に並んで配置される。

これら極歯１１５ｂ、１１６ｂの極性は、コイル部１１４に順方向と逆方向の電流が供給されることで、交互に変更する。

コイル部１１４の外周面に沿って配置された極歯１１５ｂ、１１６ｂに対向して、所定間隔をあけて可動体１２０のマグネット１２３が配置されている。

なお、極歯１１５ｂ、１１６ｂは、対応するマグネットの極数（後述する）とともに、１２極となる構成であるが、２極以上であれば、何極あってもよい。複数極あれば、これに限らない。ここでは、極歯１１５ｂ、１１６ｂは、マグネット１２３の周面に対向し、且つ、周方向に亘って配置されており、マグネット１２３におけるＮ極（Ｎ磁極面）及びＳ極（Ｓ磁極面）と同数の極数としている。

可動体１２０は、回動軸１２２と、マグネット１２３と、回動軸１２２とマグネット１２３とを固定するマグネット固定部１２４とを有する。

マグネット１２３は、図５に示すように、円筒形状の多極（ここでは１２極）着磁されたものであり、例えば、ネオジウムボンドマグネットが適用される。

具体的には、マグネット１２３は、極歯１１５ｂ、１１６ｂに対応する周面（ここでは内周面）に周方向に沿って、Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，…と交互に異なる極性の磁極面を有するように着磁されている。Ｎ極，Ｓ極，…の各着磁面における周方向（ここでは、回転軸に対し周方向で直交する方向）の長さは、極歯１１５ｂ、１１６ｂの周方向の長さよりも長い。なお、マグネット１２３は、円筒形状で一体的な構成であるが、図５では隣り合う着磁面の極性が切り替わる位置（端部ＳＥ１、ＳＥ２等の位置）として、便宜的に仕切った線で図示している。

マグネット１２３は、磁性体からなるマグネット固定部１２４を介して回動軸１２２に固定されている。

マグネット１２３の着磁面に対して、極歯１１５ｂ、１１６ｂは、それぞれの周方向の中心位置ＣＬ１が、マグネット１２３の着磁面Ｎ、Ｓ（Ｎ磁極面、Ｓ磁極面）が切り替わる位置（着磁面Ｓ、Ｎを仕切る位置）ＣＬ２と、回転軸心を中心として半径方向で重なる位置に位置される。なお、中心位置ＣＬ１、位置ＣＬ２が、回動軸１２２を中心として半径方向で（つまり、放射状に）同一直線上に重なる位置が可動体１２０の回動動作基準位置（回動基準位置）となる。すなわち、可動体１２０は、極歯１１５ｂ、１１６ｂの周方向の中心位置ＣＬ１と、マグネット１２３の磁極面の切り替わり位置（仕切り線）ＣＬ２とが対向する位置を回動基準位置として固定体１１０に回動自在に保持される。ここではアクチュエータ１００は、１２極からなるため、可動体１２０の回動範囲は、固定体１１０に対して、回動基準位置を中心に１５度ずつ、順方向或いは逆方向に回動する範囲となっている。

マグネット固定部１２４は、絞り加工により形成されたカップ状をなし、円盤状の固定部本体の外周から筒状部を垂下させてなる。この筒状部の内周面に、マグネット１２３が固着されている。

マグネット固定部１２４の固定部本体には、回転軸と直交して延在するアーム１２１を有する出力接続部１２６が取り付けられている。この出力接続部１２６は、アーム１２１を介して外部に駆動力を伝達する。

また、固定部本体の中央部には、軸受け１１３に回動自在に挿入された回動軸１２２の一端部が圧入により固着されている。

回動軸１２２は、固定部本体に、マグネット固定部１２４の軸心上に位置するように固定されている。

この回動軸１２２の他端部は、固定体１１０（ベースプレート１１１）に形成された軸穴を挿通している。この他端部は、ベースプレート１１１の裏面側で、弾性部材１８０を介して、ベースプレート１１１に固定されている。

弾性部材１８０は、可動体１２０を固定体１１０に対して弾性支持するものである。ここでは、弾性部材１８０として、ねじりコイルばねが適用されている。このねじりコイルばねの内部に、回転軸１２２は回動自在に挿入されている。なお、回転軸１２２は、ねじりコイルバネの軸上に位置しており、回転軸１２２の軸心は、ねじり方向の中心軸と一致することが好ましい。

弾性部材１８０であるねじりコイルバネの一端部は、軸固定部品１８４を介して回動軸１２２に固定されるとともに、他端部は、ベース固定部品１８６を介してベースプレート１１１に固定されている。

弾性部材（ねじりコイルバネ）１８０は、可動体１２０のマグネット１２３の内周面において、隣り合う磁性の異なる着磁面の切り替わり位置が固定体１１０の極歯１１５ｂ、１１６ｂにおける周方向の中心に位置するように位置決めしている。

また、弾性部材（ねじりコイルバネ）１８０は、マグネット１２３の回動方向に対して一定のばね定数を得ることができ、可動体１２０は周方向に可動する。この弾性部材１８０によりアクチュエータ１００における共振周波数を調整できる。

上記構成のアクチュエータ１００では、コイル１１４ｂへ入力される交流波により上下ヨーク１１５、１１６、つまり極歯１１５ｂ、１１６ｂが磁化され、可動体１２０のマグネット１２３に対して、効率的に磁気吸引力及び反発力を発生する。これにより、可動体１２０のマグネット１２３は、基準位置となる極歯１１５ｂ、１１６ｂの中心を基準にして、周方向に両方向に移動し、これによりマグネット１２３自体が、回動軸１２２を中心に往復回動を行う。

本実施の形態のアクチュエータ１００では、可動体１２０のイナーシャＪ、ねじり方向のバネ定数Ｋ_ｓｐとした場合、可動体１２０は、固定体１１０に対して、下記式（１）によって算出される共振周波数ｆ_ｒ［Ｈｚ］で振動する。

本実施の形態のアクチュエータ１００は、交流供給部１９０によって、コイル１１４ｂに可動体１２０の共振周波数ｆ_ｒと略等しい周波数の交流を供給する。これにより、可動体１２０を効率良く駆動させることができる。

本アクチュエータ１００における可動体１２０は、弾性部材１８０を介して固定体１１０により支持される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１１４ｂに可動体１２０の共振周波数ｆ_ｒに等しい周波数の交流が供給されると、可動体１２０は共振状態で駆動される。このとき発生する回転往復振動が、可動体１２０のアーム１２１に伝達される。

アクチュエータ１００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。

すなわち、アクチュエータ１００における慣性モーメントＪ［Ｋｇｍ^２］、回転角度θ（ｔ）［ｒａｄ］、トルク定数Ｋ_ｔ［Ｎｍ／Ａ］、電流ｉ（ｔ）［Ａ］、バネ定数Ｋ_ｓｐ［Ｎｍ／ｒａｄ］、減衰係数Ｄ［Ｎｍ／（ｒａｄ／ｓ）］、負荷トルクＴ_Ｌｏａｄ［Ｎｍ］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］、逆起電力乗数Ｋ_ｅ［Ｖ／（ｒａｄ／ｓ）］は、式（３）を満たす範囲内で適宜変更できる。

次に、アクチュエータ１００の具体的な動作について説明する。図６は、アクチュエータ１００の動作を説明するための平断面図である。

図５の矢印で示す向きＤ１でコイル部１１４のコイル１１４ｂに電流が流れる（この方向を順方向電流と称する）。すると、上ヨーク１１５の極歯１１５ｂは励磁されて極性を有し（ここではＮ極）、下ヨーク１１６の極歯１１６ｂは励磁されて、極歯１１５ｂとは異なる極性（ここでは、Ｓ極）を有する。これら極歯１１５ｂ、１１６ｂに対向して、各極歯１１５ｂ、１１６ｂの周方向（回動方向）の中心位置、つまり、基準位置に、可動体１２０のマグネット１２３における磁極面（Ｓ、Ｎ）の仕切り線が配置されている。よって、マグネット１２３では、内周面全面に亘って、Ｎ極面は、Ｓ極面である極歯１１５ｂに吸引され、マグネット１２３のＳ極面は、Ｎ極歯である極歯１１６ｂに吸引されるとともに、同極どうしは反発する。これによりマグネット１２３の内周全面で、最も大きなトルク（矢印Ｄ２）が発生して、マグネット１２３は、矢印Ｄ２方向（ここでは反時計回り）に回動する。

すると、図６Ａに示すように、マグネット１２３におけるそれぞれの極面は、相対する磁極で励磁された極歯１１５ｂ、１１６ｂと、対向する位置で停止しようとする。例えば、磁極面Ｓ１は、固定体１１０側の異極面であるＮ磁極面（極歯１１５ｂ−１）と全面的に対向する位置で停止しようとする。また、この位置では、極歯１１５ｂにおいて周方向で離間する端辺のうち、マグネット１２３の回転方向側に位置する端辺（例えば端辺１１５１）に対向して、マグネット１２３の磁極面（例えば、Ｓ１）の端部（例えば端部ＳＥ１）が位置している。この位置に位置しようとする際に、マグネット１２３は、マグネット１２３と近接する同磁極の極歯との反発で矢印Ｄ１方向と逆方向（矢印Ｄ４方向）へのトルクも作用する。また、マグネット１２３（可動体１２０）は、弾性部材１８０の復元力により基準位置側に付勢された状態となっている。

この図６Ａに示す状態において、コイル部１１４に順方向電流とは逆方向（矢印Ｄ３）の電流（逆方向電流）が流れる。すると、極歯１１５ｂ、１１６ｂのそれぞれの極性が変わり、Ｎ極だった極歯１１５ｂはＳ極に、Ｓ極だった極歯１１６ｂはＮ極に励磁される。これにより、マグネット１２３は、各磁極面（図ではＮで示す）と、極歯１１５ｂ、１１６ｂとの間で発生する磁気吸引力及び磁気反発力によって、矢印Ｄ４方向にトルクが発生して、矢印Ｄ４方向に移動する。なお、この矢印Ｄ４方向のトルクは、弾性部材１８０の復元力によっても作用する。

コイル部１１４のコイル１１４ｂに流れる逆方向電流は、極歯１１５ｂ、１１６ｂに対するマグネット１２３の位置が、図６Ｂに示す状態まで流れる。図６Ｂに矢印Ｄ４に移動した後のマグネット１２３を示す。

図６Ｂでは、マグネット１２３が逆方向に回動したこと（矢印Ｄ４方向に回動）により、マグネット１２３におけるそれぞれの極面は、相対する磁極で励磁された極歯１１５ｂ、１１６ｂと、対向する位置で停止しようとする。例えば、磁極面Ｓ１は、極歯１１５ｂ−１（Ｓ極）とマグネット１２３の移動方向側で隣り合う極歯Ｎと、全面的に対向する位置で停止しようとする。また、この位置では、極歯１１５ｂにおいて周方向で離間する端辺のうち、マグネット１２３の回動方向（Ｄ４方向）側に位置する端辺１１５２に対向して、マグネット１２３の極面Ｓ１の端部ＳＥ１が位置する位置である。この位置に位置しようとする際に、マグネット１２３は、マグネット１２３と近接する同磁極の櫛歯との反発で矢印Ｄ４方向と逆方向（矢印Ｄ１方向）へのトルクも作用する。また、マグネット１２３（可動体１２０）は、弾性部材１８０の復元力により基準位置側（Ｄ１側）に付勢された状態となっている。なお、端部ＳＥ２は、対向する極歯Ｎの一端部と回動軸２４を中心に半径方向で直線状に位置する。

そして、コイル部１１４に順方向電流が流れることで、図５から図６Ａで示す動作を再び行い、これら図５及び図６で示す動作を繰り返す。これにより、アクチュエータ１００の可動体１２０は、回動軸１２２を中心に、且つ、基準位置を中心に、往復回動、つまり、振動し、アーム１２１を介して外部に往復振動力を出力する。

次に、図５及び図６に示す各状態で固定体１１０のコイル１１４ｂに供給される交流電流について簡単に説明する。

図７は、本実施の形態のアクチュエータにおいて交流供給部１９０から基板１１２を介して固定体１１０のコイル１１４ｂに供給される交流の周期を示す図である。

コイルに流れる交流は、図７Ａに示すように周波数ｆ_０のパルス波でもよいし、図７Ｂに示すように周波数ｆ_０の正弦波でもよい。

図５の状態では、図７に示す時点ｔ１の順方向の電流が供給され、図６Ａの状態では図６の時点ｔ２で示すように電流の向きが切り替えられ、図６Ｂの位置に向かってマグネット１２３が回動して図５の状態に戻った際には、図７に示す時点ｔ３の逆方向の電流が供給される。また、図６Ｂの状態では、図７の時点ｔ４で示すように電流の向きが切り替えられて、図６Ａの状態に向かってマグネット１２３が回動して、図５の状態に戻った際には、図７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１２０は、図５の状態を介して、図６Ａから図６Ｂに示す変位動作を繰り返すことによって、回転往復振動する。

このように本実施の形態によれば、簡易な磁気回路構成であり、安価な材料コストで高出力を実現することができ、一定速度で駆動可能なアクチュエータを実現することができる。

また、マグネット１２３は、固定体１１０で円周上に交互に極性が異なるように配置された極歯１１５ｂ、１１６ｂに対向して、円環状に配置されており、極歯１１５ｂ、１１６ｂと対向するマグネット１２３の内周の全周にわたって駆動源とすることができ、変換効率の高いアクチュエータを実現できる。

このように、本実施の形態によれば、マグネット１２３の全周に亘って、磁気吸引力、磁気反発力が発生し、最も大きなトルクを発生させることができる。

また、アクチュエータ１００では、可動体１２０は、回転往復運動つまり回転往復振動を行い、この回転往復振動はアーム１２１を介して外部に出力される。アーム１２１に、頭部に軸方向と直交して設けられた毛束部を備える歯ブラシ部が連結されている場合、従来と異なり、簡易な構造で、歯ブラシ部を回転往復振動させてローリング磨きを行うことができる。また、アクチュエータ１００が電動理容器具としての電気カミソリ、電動ひげそり、電気式の頭髪刈り込み器具などに用いられる場合、アーム１２１に、刃を連結することで、刃を往復振動させることができる。

このようにアクチュエータ１００は、式（２）、（３）を満たし、式（１）で示す共振周波数を用いた共振現象により駆動する。これにより、アクチュエータ１００では、定常状態において消費される電力は負荷トルクによる損失及び摩擦などによる損失だけとなり、低消費電力で駆動、つまり、可動体１２０を低消費電力で回転往復振動させることができる。以上説明したように、本実施の形態のアクチュエータ１００によれば、電動歯ブラシ、電気カミソリ、電動ひげそり、電気式の頭髪刈り込み器具等の携帯可能な電動理美容器具における刃の往復回転運動を、アクチュエータ１００を含む駆動源とは別体の駆動伝達機構を用いることなく、簡単な構成で、且つ、低消費電力で実現できる。

また、可動体１２０は、弾性部材（ねじりコイルバネ）１８０により可動自在に支持されているため、バネ寿命が長く、長期間駆動可能となり、高い信頼性を確保できる。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係るアクチュエータ１００Ａの分解斜視図であり、図９は、同アクチュエータ１００Ａの磁気回路を示す平断面図である。

なお、この実施の形態２に係るアクチュエータ１００Ａは、図１〜図７に示す実施の形態１に対応するアクチュエータ１００の構成において、マグネット１２３を、マグネット１２３Ａに代えた構成である。よって、アクチュエータ１００Ａは、アクチュエータ１００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。

図８及び図９に示すアクチュエータ１００Ａは、実施の形態１のアクチュエータ１００の固定体１１０と同様に構成された固定体１１０Ａと、可動体１２０Ａと、固定体１１０Ａに可動体１２０Ａを可動自在に支持する弾性部材１８０と、交流供給部１９０と有する。このアクチュエータ１００Ａの外観は、アクチュエータ１００と同様である。

図８及び図９に示すアクチュエータ１００Ａでは、可動体１２０Ａは、交流供給部１９０からの電力供給によって固定体１１０Ａに対して可動し、可動体１２０Ａのアーム１２１が、所定の角度範囲内で正逆方向（図１の矢印方向参照）に回動し、回転往復振動として外部に出力する。

このアクチュエータ１００Ａにおける可動体１２０Ａは、実施の形態１における可動体１２０の構成において、円筒状のマグネット１２３に変えて、複数の分割セグメントからなるマグネット１２３Ａを備えている。

すなわち、可動体１２０Ａは、回動軸１２２と、マグネット１２３Ａと、回動軸１２２とマグネット１２３Ａとを固定するマグネット固定部１２４とを有する。

マグネット１２３Ａは、円周上に複数（ここでは１２個）並べて配置され、周方向で隣り合うセグメントとは極性が異なる複数の磁石セグメント１２３１、１２３２、…からなる。これら磁石セグメント１２３１、１２３２の磁極面は、固定体１１０Ａの極歯１１５ｂ、１１６ｂに対向して配置されている。磁石セグメント１２３１、１２３２としては、フェライトマグネットが用いられる。なお、フェライトマグネットは、ネオジウムボンドマグネットと比較して温度特性が高いため、フェライトマグネットを用いたアクチュエータ１００Ａは車載用アクチュエータとしても利用できる。

マグネット１２３Ａは、磁石セグメント１２３１、１２３２を、固定体１１０Ａの極歯１１５ｂ、１１６ｂに対応して、Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，…と交互に異なる極性の面（磁極面）が対向するように、マグネット固定部１２４に固定されている。

具体的には、磁石セグメント１２３１、１２３２は、カップ状のマグネット固定部１２４における筒状部の内周面に、周方向で隣り合う面の磁性が異なるように、取り付けられている。それぞれの磁石セグメント１２３１、１２３２における周方向の長さは、極歯１１５ｂ、１１６ｂの周方向の長さよりも長い。

マグネット１２３Ａは、実施の形態１のマグネット１２３と同様に、マグネット固定部１２４を介して回動軸１２２に固定されている。

マグネット１２３Ａの各磁石セグメント１２３１、１２３２の磁極面に対して、極歯１１５ｂ、１１６ｂは、それぞれの周方向の中心位置ＣＬ１が磁石セグメント１２３１、１２３２同士を仕切る位置ＣＬ２と、回転軸心を中心として半径方向で重なる位置に、位置される。なお、仕切る位置ＣＬ２は、マグネット１２３Ａにおいて磁石セグメント１２３１、１２３２の極性（磁極面）が切り替わる位置である。

位置ＣＬ２は、磁石セグメント１２３１、１２３２間の中間位置である。なお、中心位置ＣＬ１、位置ＣＬ２が回動軸１２２を中心として半径方向で（つまり、放射状に）同一直線上に重なる位置が可動体１２０Ａの動作基準位置となる。

このようにアクチュエータ１００Ａは、アクチュエータ１００と比較して、一体的に構成されたマグネット１２３の着磁面（磁極面）を、それぞれ分割された磁石セグメントでそれぞれ構成した点のみ異なる。よって、コイル１１４ｂに交流電源が供給されることで、アクチュエータ１００と同様の動作を行い、アクチュエータ１００と同様の効果を有することができる。

また、アクチュエータ１００Ａでは、可動体１２０に設けられるマグネットを、固定体１１０の極歯に対応させて円筒状の内周面に交互に異なる磁性で着磁させて構成する場合と比較して、容易に製造できる。すなわち、周方向に磁極面を交互に変えて並ぶマグネットを製造する場合、マグネット固定部１２４の筒状部の内周面に、磁石セグメント１２３１、１２３２を、それぞれの磁極面を交互に変えて取り付けるだけでよい。これにより、着磁工程を必要とせず、アクチュエータ１００Ａを容易に製造できる。

（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３に係るアクチュエータ１００Ｂを示す斜視図であり、図１１は、同アクチュエータ１００Ｂの下面を示す斜視図である。また、図１２は、同アクチュエータ１００Ｂの要部分解斜視図であり、図１３は、同アクチュエータ１００Ｂにおける要部構成を示す概略断面図、図１４は、同アクチュエータ１００Ｂの磁気回路を示す平断面図である。

なお、この実施の形態３に係るアクチュエータ１００Ｂは、固定体と可動体の位置関係のみ異なり、図１〜図７に示す実施の形態１に対応するアクチュエータ１００と同様の基本的構成を有している。具体的には、実施の形態１のアクチュエータ１００が、実施の形態２のアクチュエータ１００Ａとともにアウターロータ型であったのに対して、アクチュエータ１００Ｂはインナーロータ型のアクチュエータである。よって、同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１０及び図１１に示すアクチュエータ１００Ｂは、固定体１１０Ｂと、可動体１２０Ｂ（図１２参照）と、固定体１１０Ｂに可動体１２０Ｂを可動自在に支持する弾性部材（弾性支持部）１８０（図１１参照）と、交流供給部１９０（図１２参照）とを有する。

図１０に示すアクチュエータ１００Ｂでは、可動体１２０Ｂの出力アーム１２６Ｂが、交流供給部１９０（図１２参照）からの交流波の供給によって、所定の角度範囲内で正逆方向（図１０の矢印方向）に回動し、回転往復振動として外部に出力する。

図１１〜図１３に示す固定体１１０Ｂは、ベースプレート１１１Ｂと、円環状のコイル部１１４Ｂと、コイル部１１４Ｂの内周に沿って配置される極歯１１５５、１１６５を有する櫛歯状の上下ヨーク１１５Ｂ、１１６Ｂと、ケース１１７を有する。

図１１〜図１３に示すように固定体１１０Ｂでは、ベースプレート１１１Ｂの中央部に設けられた開口部に連通して軸受け１１３Ｂが取り付けられている。これらベースプレート１１１Ｂの開口部及び軸受け１１３Ｂには可動体１２０Ｂの回動軸１２２Ｂが挿入されている。軸受け１１３Ｂは、可動体１２０Ｂの回動軸１２２Ｂを回転自在に軸支する。

この軸受け１１３Ｂ上には、可動体１２０Ｂを囲むように、上下ヨーク１１５Ｂ、１１６Ｂにより軸方向から挟み込まれるコイル部１１４Ｂが配置されている。

コイル部１１４Ｂは、ボビン１１４１にコイル１１４２が周回されてなる。ボビン１１４１は、コイル１１４２とともにアクチュエータ１００Ｂの駆動源発生に用いられる。ボビン１１４１は、回動軸１２２Ｂ及びコイル１１４２の軸と同一軸心である。

コイル１１４２のコイル巻線は、基板（図示省略）に接続され、この基板を介して外部端子に接続される。コイル１１４２には、外部端子を介して交流供給部１９０から交流電源（交流電圧）が供給される。

上下ヨーク１１５Ｂ、１１６Ｂは、磁性体であり、円環平板状の本体板部１１５４、１１６４の内周縁から垂直に設けられた極歯１１５５、１１６５を櫛歯状に備える。上下ヨーク１１５Ｂ、１１６Ｂは、コイル部１１４Ｂを軸方向から挟み込むように互いに非接触で配置される。上下ヨーク１１５Ｂ、１１６Ｂのそれぞれの本体板部１１５４、１１６４は、コイル部１１４Ｂにおいて軸方向で離間する上下面に対向して配置され、上下ヨーク１１５Ｂ、１１６Ｂのそれぞれの極歯１１５５、１１６５は、コイル部１１４Ｂの内周面を囲むように互い違いに位置する。

具体的には、上ヨーク１１５Ｂは、コイル部１１４Ｂの上側から嵌め込まれており、その本体板部１１５４は、コイル部１１４Ｂの上面に対向し、極歯１１５５はコイル部１１４Ｂの内周面に沿って櫛歯状（所定間隔を空けて）に位置する。下ヨーク１１６Ｂは、コイル部１１４Ｂの下側から嵌め込まれており、本体板部１１６４は、コイル部１１４Ｂの下面に対向し、極歯１１６５は、コイル部１１４Ｂの内周面に沿って位置する極歯１１５５の間に一様に配置される。

上下ヨーク１１５Ｂ、１１６Ｂの極歯１１５５、１１６５は、可動体１２０Ｂのマグネット１２３Ｂ（後述する）の磁極数と等しい極数となっている。

この構成により、コイル１１４２に交流電源が供給されると、上ヨーク１１５Ｂと、下ヨーク１１６Ｂは、それぞれ励磁されて互いに異なる極性となり、上下ヨーク１１５Ｂ、１１６Ｂのそれぞれの極歯１１５５、１１６５も異なる極性で励磁される。すなわち、コイル部１１４Ｂの内周面には、内周面に沿って、異なる磁極面が交互に並んで配置される。

これら極歯１１５５、１１６５の極性は、コイル部１１４Ｂに順方向と逆方向の電流が供給されることで、交互に変更する。

これらコイル部１１４Ｂを、カップ状のケース１１７が上方から覆うようにベースプレート１１１Ｂに取り付けられている。

コイル部１１４Ｂの内周面に沿って配置された極歯１１５５、１１６５に対向して、可動体１２０Ｂのマグネット１２３Ｂが所定間隔をあけて配置されている。

なお、極歯１１５５、１１６５は、対応するマグネットの極数（後述する）とともに、１２極となる構成であるが、２極以上であれば、何極あってもよい。複数極あれば、これに限らない。

可動体１２０は、回動軸１２２Ｂと、マグネット１２３Ｂと、回動軸１２２Ｂにマグネット１２３Ｂを固定するロータ１２４Ｂとを有する。

マグネット１２３Ｂは、図１４に示すように、円筒形状の多極（ここでは１２極）着磁されたものであり、例えば、ネオジウムボンドマグネットが適用される。

具体的には、マグネット１２３Ｂは、極歯１１５５、１１６５に対応する外周面に、Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，…と交互に異なる極性で着磁されている。各着磁面（Ｎ磁極面、Ｓ磁極面）におけるそれぞれの周方向（ここでは、回転軸に対し周方向で直交する方向）の長さは、極歯１１５５、１１６５の周方向の長さと略同じである。なお、マグネット１２３Ｂは、円筒形状で一体的な構成であるが、図１４では、隣り合う着磁面の極性が切り替わる位置として、便宜的に仕切った線で図示している。

マグネット１２３Ｂは、その中心に回動軸１２２Ｂが圧入固定され、且つ、所定長の半径を有するロータ１２４Ｂの外周面に外嵌されている。マグネット１２３Ｂは、回動軸１２２Ｂ、ロータ１２４Ｂ及び出力アーム１２６Ｂとともに可動体１２０Ｂを構成する。

なお、マグネット１２３Ｂの着磁面（Ｎ磁極面、Ｓ磁極面）に対して、極歯１１５５、１１６５は、それぞれの周方向の中心位置ＣＬ１が、マグネット１２３Ｂの着磁面Ｎ、Ｓが切り替わる位置（着磁面Ｎ、Ｓを仕切る位置）ＣＬ２と、回転軸心を中心として半径方向で重なる位置に位置される。なお、中心位置ＣＬ１、位置ＣＬ２が、回動軸１２２Ｂを中心として半径方向で（つまり、放射状に）同一直線上に重なる位置が可動体１２０Ｂの動作基準位置となる。

回動軸１２２Ｂは、ケース１１７の天板部を挿通した一端部で、ケース１１７の上方で、直交して延在する出力アーム１２６Ｂが固定されている。この出力アーム１２６Ｂを介してアクチュエータ１００Ｂは、外部に駆動力を伝達する。

この回動軸１２２Ｂの他端部は、ベースプレート１１１Ｂを挿通している。この他端部は、ベースプレート１１１Ｂの裏面側で、弾性部材１８０を介して、ベースプレート１１１Ｂに固定されている。

弾性部材１８０は、可動体１２０Ｂを固定体１１０Ｂに対して弾性支持するものであり、ここでは、弾性部材１８０として、ねじりコイルばねが適用されている。

弾性部材１８０であるねじりコイルバネの一端部は、軸固定部品１８４を介して回動軸１２２Ｂに固定されるとともに、他端部は、ベース固定部品１８６を介してベースプレート１１１Ｂに固定されている。

弾性部材（ねじりコイルバネ）１８０は、可動体１２０Ｂのマグネット１２３Ｂの外周面において、隣り合う磁性の異なる着磁面Ｎ、Ｓの仕切り位置が固定体１１０Ｂの極歯１１５５、１１６５における周方向の中心に位置するように位置決めしている。

また、弾性部材（ねじりコイルバネ）１８０は、マグネット１２３Ｂの回動方向に対して一定のばね定数を得ることができ、可動体１２０Ｂは周方向に可動する。

上記構成のアクチュエータ１００Ｂでは、コイル１１４２へ入力される交流波により上下ヨーク１１５Ｂ、１１６Ｂ、つまり極歯１１５５、１１６５が磁化され、可動体１２０Ｂのマグネット１２３Ｂに対して、効率的に磁気吸引力及び反発力を発生する。これにより、可動体１２０Ｂのマグネット１２３Ｂは、基準位置となる極歯１１５５、１１６５の中心を基準にして、周方向に左右に移動し、これによりマグネット１２３Ｂ自体が、回動軸１２２Ｂを中心に往復回動を行う。

このアクチュエータ１００Ｂは、式（２）、（３）を満たし、式（１）で示す共振周波数を用いた共振現象により駆動する。この駆動は、アクチュエータ１００と同じであるため、説明は省略する。定常状態において消費される電力は負荷トルクによる損失及び摩擦などによる損失だけとなり、低消費電力で駆動、つまり、可動体１２０Ｂを低消費電力で回転往復振動させることができる。

このアクチュエータ１００Ｂは、アクチュエータ１００と同様に、電動歯ブラシ、電気カミソリ、電動ひげそり、電気バリカン等の電動理美容器具に適用できる。これにより、これら電動理美容器具における刃の往復回転運動を、駆動源とは別体の駆動伝達機構を用いることなく、低消費電力で実現できる。

なお、各実施の形態において、マグネット１２３、１２３Ａ、１２３Ｂの磁極面に対向する極歯の磁極面を極力広くしていくことで往復回転範囲、つまり、揺動範囲である動作角を大きくすることができる。

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。

本発明に係るアクチュエータ及び電動理美容器具は、簡易な構成で、エネルギー変換効率が高く、高出力を実現する効果を有し、電気カミソリ、電動歯ブラシなどに適用されるものとして有用である。

１００、１００Ａ、１００Ｂ アクチュエータ
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ 固定体
１１１、１１１Ｂ ベースプレート
１１２ 基板
１１３、１１３Ｂ 軸受け
１１４、１１４Ｂ コイル部
１１４ａ、１１４１ ボビン
１１４ｂ、１１４２ コイル
１１５、１１５Ｂ 上ヨーク
１１５ｂ、１１６ｂ、１１５５、１１６５ 極歯
１１６、１１６Ｂ 下ヨーク
１１７ ケース
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ 可動体
１２１ アーム
１２２、１２２Ｂ 回動軸
１２３、１２３Ａ、１２３Ｂ マグネット
１２４ マグネット固定部
１２４Ｂ ロータ
１２６ 出力接続部
１２６Ｂ 出力アーム
１８０ 弾性部材
１８４ 軸固定部品
１８６ ベース固定部品
１９０ 交流供給部
ＣＬ１ 中心位置
ＣＬ２ 位置
１２３１、１２３２ 磁石セグメント

Claims (4)

1. 内周面に周方向に沿ってＮ磁極面とＳ磁極面とを交互に有する円筒状のマグネット部を備える可動体と、
   前記マグネット部の内周面に対向する外周面を有し，前記外周面に周方向に沿って配置される極歯面と、前記極歯面を励磁するコイルとを備える固定体と、
   前記可動体を前記固定体に対して、前記可動体の一部である回転軸を中心に往復回動可能に支持するとともに、前記可動体を回動基準位置に付勢するねじりコイルばねと、
   を有し、
   前記コイルは、前記可動体のイナーシャと前記ねじりコイルばねのねじり方向のばね定数により定まる可動体の共振周波数に略等しい周波数の交流が供給されて、前記極歯面を周方向で交互に異なる極性で励磁し、
   前記ねじりコイルばねは、一端部が前記可動体の前記回転軸の一端部に固定され、且つ、他端部が前記固定体に固定されるとともに、ねじり方向の中心軸が前記回転軸の軸心と一致するように配置され、前記固定体に対して前記可動体を前記可動体の共振周波数で振動可能に支持する、
   ことを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記回動基準位置は、前記極歯面の周方向の中心と前記マグネット部の磁極面の切り替わり位置とが対向する位置である、
   ことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
3. 前記マグネット部は、前記Ｎ磁極面及び前記Ｓ磁極面をそれぞれ備える複数の分割セグメントにより構成されている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のアクチュエータを備える、
   ことを特徴とする電動理美容器具。

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