アクチュエータ及びこれを用いた電動歯ブラシ
【課題】電動歯ブラシ等の往復回転運動を、駆動源とは別体の駆動伝達機構を用いることなく実現すること。
【解決手段】固定体１１０は、マグネット１５０において極の異なる磁極面にそれぞれ所定間隔を空けて対向する内壁面を有するアウターヨーク１４０を有する。マグネット１５０において極の異なる磁極面と、極の異なる磁極面のそれぞれと対向するアウターヨーク１４０の内壁面との間に、マグネット１５０を周回するコイル１２２が配置され、このコイル１２２は可動体１２０として固定体１１０に取り付けられる弾性部材１３０を介して可動自在に支持される。コイル１２２に、交流供給部１８０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ことによって、可動体１２０は往復回転運動を行う。
【解決手段】固定体１１０は、マグネット１５０において極の異なる磁極面にそれぞれ所定間隔を空けて対向する内壁面を有するアウターヨーク１４０を有する。マグネット１５０において極の異なる磁極面と、極の異なる磁極面のそれぞれと対向するアウターヨーク１４０の内壁面との間に、マグネット１５０を周回するコイル１２２が配置され、このコイル１２２は可動体１２０として固定体１１０に取り付けられる弾性部材１３０を介して可動自在に支持される。コイル１２２に、交流供給部１８０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ことによって、可動体１２０は往復回転運動を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動歯ブラシ或いは電動音波歯ブラシ等に用いられるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動音波歯ブラシを含む電動歯ブラシでは、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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
また、アクチュエータと、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に示すように、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。
【特許文献１】特開２００２−０７８３１０号公報
【特許文献２】特許第３２４３５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電動歯ブラシでは、ローリング磨きを実現できるとともに、ローリング磨き用歯ブラシを駆動させる駆動部分が収容される柄の部分を極力細くしたいため、歯ブラシの駆動部分の小型化が望まれている。
【０００７】
しかしながら、通常の軸回り回転するモータを用いローリング磨きを実現するためには、モータとは別に当該モータの回転を往復回転運動に変換するための運動方向変換機構が必要となる。また、特許文献１のようリニア駆動アクチュエータを用いローリング磨きを実現するためには、リニア駆動アクチュエータとは別にトルク発生機構（駆動源）が必要となる。
【０００８】
また、特許文献２に示す構造では、駆動源とともに、駆動源とは別の共振振動機構が必要となる。
【０００９】
したがって、従来の構造では、モータ或いはリニア駆動アクチュエータを電動歯ブラシの駆動源としてみた場合、駆動源に加えて、駆動源とは別の運動方向変換機構又はトルク発生機構又は共振振動機構の配置スペースを確保する必要があるので、歯ブラシの小型化には困難であるという問題がある。
【００１０】
さらに、歯ブラシの駆動部分として、モータなどのアクチュエータとは別体の運動方向変換機構といった駆動伝達機構を備える場合、駆動伝達機構では、騒音発生の恐れ及び伝達される動力ロスの発生による効率悪化の恐れがあり、これらの対策も考慮する必要がある。
【００１１】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、電動歯ブラシ等の往復回転運動を、駆動源とは別体の駆動伝達機構を用いることなく実現できる、小型化のアクチュエータ及び電動歯ブラシ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】
【００１２】
本発明のアクチュエータは、永久磁石及び前記永久磁石において極の異なる磁極面にそれぞれ所定間隔を空けて対向する内壁面を有するアウターヨークを有する固定体と、前記極の異なる磁極面と、前記極の異なる磁極面のそれぞれと対向する前記内壁面との間に配置され前記永久磁石を周回するコイルを有し、前記固定体に取り付けられる弾性支持部を介して可動自在に支持される可動体と、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備える構成を採る。
【００１３】
本発明の電動歯ブラシは、上記構成のアクチュエータと、前記アクチュエータの出力軸に、当該出力軸と同一軸心上で連結され、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とを有する構成を採る。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電動歯ブラシ等の往復回転運動を、駆動源とは別体の駆動伝達機構を用いることなく達成できるので、小型化のアクチュエータ及び電動歯ブラシを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
（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１００を示す斜視図であり、図２は、同アクチュエータ１００においてアウターヨークを外した状態を示す斜視図である。また、図３は、同アクチュエータの要部分解斜視図である。
【００１７】
図１〜図３に示すアクチュエータ１００は、固定体１１０と、可動体１２０（図２参照）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）１３０（図２参照）と、交流供給部１８０（図３参照）とを有する。
【００１８】
図１に示すように、アクチュエータ１００では、弾性部材１３０を介して固定体１１０に支持される可動体１２０（図２参照）の可動によって、可動体１２０の出力軸である回転往復伝達シャフト（以下、「シャフト」という）１２５が、所定の角度範囲内で正逆方向（図１の矢印方向）に回転し、回転往復振動として外部に出力する。
【００１９】
図３に示すように、固定体１１０は、基台（ベースプレート）１１２と、支持壁部１１４、１１６と、アウターヨーク１４０と、非磁性体（スペーサ）１６０を介してアウターヨーク１４０に取り付けられるマグネット１５０と、を有する。
【００２０】
固定体１１０では、基台１１２は、シャフト１２５の延在方向に沿って長い矩形板状をなし、ここでは非磁性体により形成されている。基台１１２の表面中央部の上方には、可動体１２０のコイル１２２が配置され、このコイル１２２を覆うように、断面Ｕ字状（コ字状も含む）のアウターヨーク１４０が基台１１２に取り付けられている。
【００２１】
また、基台１１２の長手方向で離間する端辺部から支持壁部１１４、１１６が立設されている。
【００２２】
支持壁部１１４、１１６は、可動体１２０のシャフト１２５、１２６が挿通する開口部１１４ａ、１１６ａを有する。開口部１１４ａにシャフト１２６が挿通され、開口部１１６ａにシャフト１２５が挿通されている。
【００２３】
また、支持壁部１１４、１１６は、弾性部材１３０を介して可動体１２０を可動自在に支持している。つまり、支持壁部１１４、１１６は、シャフト１２５、１２６を開口部１１４ａ、１１６ａに挿通させた状態で、弾性部材１３０を介して、可動体１２０を可動自在に保持している。通常状態では、可動体１２０は、支持壁部１１４、１１６と弾性部材１３０とによって略水平方向（基台１１２と略平行）に保持される。なお、開口部１１４ａ、１１６ａには、シャフト１２５、１２６は、遊びが有る状態で挿通されてもよい。なお、弾性部材１３０の説明は後述する。
【００２４】
これら支持壁部１１４、１１６の間に、アウターヨーク１４０が、可動体１２０の本体部分を覆うように配設されている。
【００２５】
アウターヨーク１４０は、ここでは、断面略コ字状をなし、板状の磁性体を折曲することで形成されている。アウターヨーク１４０は、矩形板状のヨーク中央部１４１と、ヨーク中央部１４１の両側辺部からそれぞれ垂下され、互いに対向する側壁部１４２、１４３とを有する。ここでは、アウターヨーク１４０は、基台１１２に、可動体１２０のコイル１２２及びコイル保持部１２４を覆うように取り付けられ、基台１１２によって両側壁部１４２、１４３の先端部が閉塞されている、
【００２６】
アウターヨーク１４０は、内側に配置される可動体１２０のコイル１２２と、アウターヨーク１４０のヨーク中央部１４１に取り付けられるマグネット１５０とともに磁気回路を構成する。
【００２７】
図４は、アクチュエータ１００における要部構成を示す概略断面図である。
【００２８】
マグネット（永久磁石）１５０は、図４に示すように、アウターヨーク１４０のヨーク中央部１４１における裏面の中央部分に、アウターヨーク１４０の対向する側壁部１４２、１４３間にそれぞれエアギャップＧが形成されるように、非磁性体１６０を介して取り付けられている。
【００２９】
マグネット１５０は、ヨーク中央部１４１から非磁性体１６０を介して垂下するように設けられ、側壁部１４２、１４３のそれぞれの内壁面に対して、互いに異なる磁極を対向させている。
【００３０】
ここでは、マグネット１５０のＳ極側（Ｓ磁極面１５０ａ）が、アウターヨーク１４０の側壁部１４２の内壁面に対向し、Ｎ極（Ｎ磁極面１５０ｂ）側が、アウターヨーク１４０の側壁部１４３の内壁面に対向している。
【００３１】
また、マグネット１５０は、アウターヨーク１４０の延在方向の長さに対応した長さを有する直方体であり、外形が同形状の非磁性体１６０を介してヨーク中央部１４１に、当該ヨーク中央部１４１の延在方向に沿って取り付けられている。
【００３２】
これにより、マグネット１５０は、アウターヨーク１４０の長手方向の長さと同様の長さを有し、対向する側壁部１４２、１４３の内壁面の全面に対して、異なる磁極の面をそれぞれ対向させた状態でヨーク中央部１４１に配設されている。
【００３３】
マグネット１５０とアウターヨーク１４０の側壁部１４２、１４３との間のエアギャップＧには、マグネット１５０の両側壁面（磁極面）１５０ａ、１５０ｂ、側壁部１４２、１４３の内壁面及びヨーク中央部１４１の裏面とのそれぞれから離間して、可動体１２０のコイル１２２が配置されている。
【００３４】
コイル１２２は、ここでは、ボイスコイルであり、マグネット１５０の周囲を囲むように巻回されている。具体的には、コイル１２２は、エアギャップ内で、マグネット１５０と側壁部１４２、１４３との対向方向と直交する方向に巻回されている。コイル１２２には、図３及び図４に示すように交流供給部１８０から交流電源（交流電圧）が供給される。
【００３５】
このコイル１２２は、コイル保持部１２４に載置されることによって保持されており、コイル保持部１２４は弾性部材１３０を介して固定体１１０により支持されている。
【００３６】
ここではコイル保持部１２４は、図２及び図３に示すように、側面視コ字状に形成され、コイル１２２が載置された底板部１２４ａと、底板部１２４ａの長手方向（シャフト１２５の延在方向）で離間する端部から立設する前壁部１２４ｂ及び後壁部１２４ｃとを有する。
【００３７】
このコイル保持部１２４は、ここでは非磁性体で構成されており、前壁部１２４ｂには、シャフト１２５が直交して取り付けられ、後壁部１２４ｃには、シャフト１２６がシャフト１２５と同軸心上に位置するように取り付けられている。つまり、シャフト１２５は、マグネット１５０の異なる磁極面１５０ａ、１５０ｂ（図４参照）と略平行に、マグネット１５０の略中心に沿って配置されている。
【００３８】
このようにコイル１２２は、コイル保持部１２４、シャフト１２５、１２６とともに、支持壁部１１４、１１６により可動自在に支持された可動体１２０を構成している。
【００３９】
弾性部材１３０は、支持壁部１１４、１１６の対向領域において、可動体１２０を、左右前後方向に変位自在に支持して、可動体１２０を、マグネット１５０及びシャフト１２５のねじり方向に支持している。
【００４０】
ここでは、弾性部材１３０は、支持壁部１１４、１１６どうしで対向する面の上端部分において略水平に、対向方向に突出して設けられた板状のジグザグバネからなる。つまり、弾性部材１３０は、一端部から他端部側に向かって細帯状の金属板が一方の幅方向に延びて他方の幅方向に折り返すことを繰り返してジグザグに形成されており、弾性部材１３０自体は一端部と他端部とを固定するとねじり方向に伸縮自在となっている。
【００４１】
このように構成された弾性部材１３０を介して、可動体１２０は、基台１１２とアウターヨーク１４０とで囲まれる領域内において、固定体１１０の支持壁部１１４、１１６のそれぞれに、シャフト１２５、１２６の軸を中心にねじり方向に可動自在に支持されている。
【００４２】
なお、可動体１２０のシャフト１２５は、図１及び図２に示すように、アウターヨーク１４０の延在方向と同方向で支持壁部１１６から外方に突出するように設けられている。
すなわち、シャフト１２５は、アクチュエータ１００において、マグネット１５０と側壁部１４２、１４３とが対向する方向と略直交する方向に突出して設けられている。
【００４３】
このようにシャフト１２５は、コイル保持部１２４の前壁部１２４ｂに固定されることによって、可動体１２０の重心を通る軸線上に位置するように、可動体１２０に取り付けられた状態となっている。これによりシャフト１２５は、可動体１２０の本体を構成するコイル１２２及びコイル保持部１２４とともに回転往復振動し、その振動を外部に伝達することができる。
【００４４】
なお、アクチュエータ１００が電動歯ブラシに用いられる場合、シャフト１２５には、シャフト１２５と同一軸心上で、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る。これにより歯ブラシ部はシャフト１２５と同様の運動、ここでは回転往復振動であるローリングを行うこととなる。
【００４５】
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ｋｓｐ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で振動する。
【００４６】
【数１】
本実施の形態のアクチュエータ１００は、交流供給部１８０によって、コイル１２２に可動体１２０の共振周波数ｆ０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。
【００４７】
図４に示すように、固定体１１０及び可動体１２０では、アウターヨーク１４０、マグネット１５０及びコイル１２２が、磁気回路を形成する。
【００４８】
ここでは、アクチュエータ１００は、マグネット１５０から発生した磁束（白抜き矢印で示す）が、コイル１２２が配置されるエアギャップ、アウターヨーク１４０の側壁部１４３、ヨーク中央部１４１、側壁部１４２、反対側のエアギャップを順に通り、マグネット１５０の対極へと繋がる磁気回路を有する。
【００４９】
本アクチュエータ１００における可動体１２０は、弾性部材１３０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ており、コイル１２２に可動体１２０の共振周波数ｆ０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のシャフト１２５に伝達される。
【００５０】
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。
【００５１】
【数２】
【００５２】
【数３】
すなわち、アクチュエータ１００における慣性モーメント、回転角度、トルク定数、電流、バネ定数、減衰係数、負荷トルクなどは、式（２）を満たす範囲内で適宜変更でき、電圧、抵抗、インダクタンス、逆起電力乗数は、式（３）を満たす範囲内で適宜変更できる。
【００５３】
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。
【００５４】
図５は、本実施の形態１に係るアクチュエータ１００の動作を説明するための模式図である。なお、図５（ａ）では白抜き矢印でマグネット１５０による磁束の流れを示しているが、図５（ｂ）〜図５（ｄ）では同様の流れであるため、図示省略している。また、図５（ａ）ではコイル１２２に交流電圧を供給する交流供給部１８０を図示しているが、図５（ｂ）〜図５（ｄ）では、図５（ａ）と同様に図示されるため、省略している。
【００５５】
コイル１２２に交流供給部１８０から交流が供給されると、フレミングの左手の法則に従い、コイル１２２には、図中矢印Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４で示す推力が発生する。これにより、基台１１２及び支持壁部１１４、１１６に弾性部材１３０を介して可動自在に取り付けられた可動体１２０には、回転重心を軸中心とした回転力が発生する。
【００５６】
アクチュエータ１００の１周期分の動作について説明する。
【００５７】
図５（ａ）に示す向きでコイル１２２に電流が流れる（この方向を順方向電流と呼ぶ）と、マグネット１５０のＮ極面１５０ｂに対向するコイル１２２の部分１２２ｂには、上向き（アウターヨーク１４０側の方向）に推力Ｆ１が発生する。一方、マグネット１５０のＳ極面１５０ａに対向するコイル１２２の部分１２２ａには、下向き（基台１１２側の方向）に推力Ｆ２が発生する。
【００５８】
これにより、固定体１１０の基台１１２から立ち上がる支持壁部１１４、１１６（図２及び図３参照）に弾性部材１３０を介して支持された、コイル１２２を有する可動体１２０に回転する力が発生する。可動体１２０は、コイル１２２の推力Ｆ１、Ｆ２によって、図４（ｂ）に示す位置となるように反時計回りに可動する。
【００５９】
図５（ｂ）に示す状態のアクチュエータ１００では、弾性部材１３０（図２及び図３参照）の復元力により矢印Ｒ１、Ｒ２の反力が発生する。図５（ｂ）に示す状態から図５（ｄ）に示す状態までは、コイル１２２に図５（ａ）とは逆方向の電流が供給される。これにより、可動体１２０は、図５（ｂ）の状態から図５（ｃ）の状態までは、矢印Ｒ１、Ｒ２で示す反力と、矢印Ｆ３、Ｆ４で示す推力とによって、固定体１１０に対して時計回りに回転する。また、可動体１２０は、図５（ｃ）の状態から図５（ｄ）の状態までは、矢印Ｆ３、Ｆ４で示す推力によって、固定体１１０に対して時計回りに回転する。
【００６０】
図５（ｄ）に示す状態のアクチュエータ１００では、弾性部材１３０の復元力により矢印Ｒ３、Ｒ４の反力が発生する。図５（ｄ）に示す状態から図５（ａ）に示す状態を経て図５（ｂ）に示す状態までは、コイル１２２に順方向電流が供給される。これにより、可動体１２０は、図５（ｄ）の状態から図５（ａ）の状態までは、矢印Ｒ３、Ｒ４で示す反力と、矢印Ｆ１、Ｆ２で示す推力とによって、固定体１１０に対して反時計回りに回転する。
【００６１】
また、可動体１２０は、図５（ａ）の状態から図５（ｂ）の状態までは、矢印Ｆ１、Ｆ２で示す推力によって、固定体１１０に対して反時計回りに回転する。なお、可動体１２０は、マグネット１５０を中心に往復回転振動を行うが、弾性部材１３０の反力を用いることなく、推力Ｆ１〜Ｆ４によって、図５に示す示した動作と同様の動作を行うこともできる。
【００６２】
次に、図５に示す各状態で可動体１２０のコイル１２２に供給される交流電流について簡単に説明する。
【００６３】
図６は、本実施の形態のアクチュエータにおいて交流供給部１８０から可動体１２０のコイル１２２に供給される交流の周期を示す図である。
【００６４】
コイルに流れる交流は、図６（ａ）に示すように周波数ｆ０のパルス波でもよいし、図６（ｂ）に示すように周波数ｆ０の正弦波でもよい。
【００６５】
図５（ａ）の状態では、図６に示す時点ｔ１の順方向の電流が供給され、図５（ｂ）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５（ｃ）の状態では、図６に示す時点ｔ３の逆方向の電流が供給される。また、図５（ｄ）の状態では、図６の時点ｔ４で示すように電流の向きが切り替えられて、図５（ｄ）の状態では、図６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（ａ）から図５（ｄ）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。
【００６６】
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シャフト１２５を介して外部に出力される。シャフト１２５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、歯ブラシ部は回転往復振動してローリング磨きを行うことができる。
【００６７】
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では、電動歯ブラシ等の往復回転運動を、駆動源とは別体の駆動伝達機構を用いることなく実現して小型化を図ることができ、更に、往復回転運動を低消費電力で実現することができる。
【００６８】
また、アクチュエータ１００では、可動体１２０は、ボイスコイルであるコイル１２２を用いて駆動するため、磁気吸引力ディテント力が発生せず、制御性に優れる。具体的には、可動体１２０の停止時の位置は、弾性部材１３０の復元力によって中心位置に保持されるため、駆動停止時において、電力を損失することがない。
【００６９】
また、可動体１２０は、アウターヨーク１４０を含まずに、コイル１２２およびコイル保持部１２４により構成している。このため、可動体１２０の慣性モーメントの大きさは外形に依存せずコイル１２２の形状に依存して決定することができる。コイル１２２の配置はアウターヨーク１４０の内側にあるため、イナーシャを上昇させる要因になりにくい。よって、アクチュエータ１００の外形の変更における慣性モーメントの上昇が小さくなるため、設計上の制約がなくなり、アクチュエータ１００自体の設計自由度を向上させることができる。
【００７０】
なお、アクチュエータ１００を有する電動歯ブラシでも上述した同様の効果を得ることができ、電動歯ブラシ自体の小型化も図ることができる。
【００７１】
（実施の形態２）
実施の形態２に係るアクチュエータは、図１〜図６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、非磁性体である基台１１２に代えて、磁性体の基台を用いたものである。よって、その他の構成は、アクチュエータ１００と同様の構成であり同符号を付して説明は省略する。
【００７２】
図７は、本発明の実施の形態２に係るアクチュエータ１００Ａにおける要部構成を示す概略断面図である。なお、図７では、マグネット１５０による磁気回路の磁束の流れを白矢印で示す。
【００７３】
アクチュエータ１００Ａでは、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、基台１１２を磁性体の基台１１２Ａにして、コイル１２２を備える可動体１２０を磁性体によって囲む構成とする。なお、アウターヨーク１４０及び基台１１２Ａにより囲まれるコイル１２２の内側には、アクチュエータ１００の構成と同様に、所定間隔を空けて、アウターヨーク１４０に取り付けられたマグネット１５０が、コイル１２２の周回方向と交差する方向に磁極面を向けて配置されている。これら磁極面は、アウターヨーク１４０の側壁部１４２、１４３とでコイルを挟むように配置されている。この構成によって、アクチュエータ１００Ａでは、アクチュエータ１００と比較して、マグネット１５０による磁束の経路が、固定体１１０において２つ形成される。
【００７４】
すなわち、アクチュエータ１００Ａの磁気回路では、図７に示すように、マグネット１５０から発生した磁束（白抜き矢印で示す）が、コイル１２２が配置されるエアギャップ、アウターヨーク１４０の側壁部１４３からヨーク中央部１４１と、ヨーク中央部１４１とは反対側の基台１１２Ａとをそれぞれ通って、側壁部１４２から反対側のエアギャップを順に通って、マグネット１５０の対極へと繋がる。なお、アクチュエータ１００Ａにおける可動体１２０の動作はアクチュエータ１００と同様であるため説明は省略する。
【００７５】
これにより、アクチュエータ１００Ａでは、アクチュエータ１００と同様に、電動歯ブラシ等の往復回転運動を、駆動源とは別体の駆動伝達機構を用いることなく実現することができる。加えて、アクチュエータ１００Ａでは、磁気回路における磁気飽和が緩和されることによって、コイル１２２に交流供給部１８０から交流電圧を供給した際に発生する可動体１２０の推力を上昇させることができる。
【００７６】
本実施の形態２のアクチュエータ１００Ａでは、実施の形態１におけるアクチュエータ１００の構成と比較して、コイル１２２が発生する可動体１２０を可動させるトルクを、約１．０５倍上昇させることができる。
【００７７】
また、本実施の形態２では、可動体１２０を可動自在に収容した固定体１１０の外周部分、つまり、マグネット１５０を含む磁気回路が、磁性体であるアウターヨーク１４０と磁性体である基台１１２Ａとによって構成される。
【００７８】
つまり、アクチュエータ１００Ａの外表面を磁性体によって形成するため、アクチュエータ１００Ａにおいて、基台１１２Ａ、アウターヨーク１４０、マグネット１５０及びコイル１２２を含む磁気回路の漏れ磁束を抑制することができる。
【００７９】
（実施の形態３）
図８は、本発明に係る実施の形態３に係るアクチュエータ１００Ｂの構成を示す図であり、アクチュエータ１００Ｂにおいてアウターヨーク１４０を基台１１２Ｂから外した状態を示す斜視図、図９は、同アクチュエータの分解斜視図である。なお、このアクチュエータ１００Ｂは、図１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】
本実施の形態３のアクチュエータは、実施の形態１に係るアクチュエータ１００の構成において、マグネット１５０をアウターヨーク１４０から外して、基台１１２側に非磁性体（スペーサ）を介して固定し、且つ、可動体１２０を上下逆にして、固定体１１０に、ねじり方向に回転往復振動可能に取り付けたものである。
【００８１】
具体的には、アクチュエータ１００Ｂは、固定体１１０Ｂと、可動体１２０Ｂと、固定体１１０Ｂに可動体１２０Ｂを、可動体１２０Ｂのシャフト１２５を中心にねじり方向に可動自在に支持する弾性部材１３０と、交流供給部１８０（図９及び図１０参照）とを有する。
【００８２】
固定体１１０Ｂは、図８及び図９に示すように、基台（ベースプレート）１１２Ｂと、基台１１２Ｂ上に非磁性体（スペーサ）の凸部１６０Ｂを介して取り付けられたマグネット１５０と、マグネット１５０を覆うように基台１１２Ｂに取り付けられるＵ字型のアウターヨーク１４０と、を有する。
【００８３】
固定体１１０Ｂでは、矩形板状の基台１１２Ｂは非磁性体により形成され、表面中央部に上方に突出して形成された非磁性体の凸部１６０Ｂを介してマグネット１５０が取り付けられている。
【００８４】
なお、マグネット１５０は、異なる磁極面と、アウターヨーク１４０の対向する側壁部１４２、１４３との間にそれぞれエアギャップが形成されるように、非磁性体の凸部１６０Ｂ上に取り付けられている。ここでは、マグネット１５０の磁極面は、上記各実施の形態のマグネット１５０と同様に、シャフト１２５と直交する方向で離間し、アウターヨーク１４０の側壁部１４２、１４３と対向する面としている。
【００８５】
凸部１６０Ｂは、基台１１２Ｂに一体的に形成されており、マグネット１５０と同外形を有する。ここでは、凸部１６０Ｂは、マグネット１５０とともに基台１１２Ｂの長手方向に沿って延在する直方体をなしている。凸部１６０Ｂは、載置されるマグネット１５０を基台１１２Ｂから離間させることによって、マグネット１５０の周囲に位置する可動体１２０Ｂのコイル１２２がマグネット１５０を中心に往復回転可能な領域を確保している。
【００８６】
このように、基台１１２Ｂから突出する凸部１６０Ｂ上に取り付けられたマグネット１５０に、エアギャップを介して、コイル１２２及びコイル保持部１２４Ｂの上面部１２４ｄが被さるように、可動体１２０Ｂは固定体１１０Ｂに配置されている。
【００８７】
可動体１２０Ｂは、アウターヨーク１４０の対向する内壁面とマグネット１５０との間に形成されるエアギャップに配置され、且つ、マグネット１５０を周回するコイル１２２と、コイル１２２を保持するコイル保持部１２４Ｂとにより構成されている。
【００８８】
コイル１２２は、コイル保持部１２４Ｂにおいて、長手方向で離間する端部から前壁部１２４ｂ及び後壁部１２４ｃが垂下された上面部１２４ｄの裏面に取り付けられている。
【００８９】
コイル保持部１２４Ｂは、固定体１１０Ｂの支持壁部１１４、１１６に、弾性部材１３０を介して、コイル１２２の軸方向と直交して設けられたシャフト１２５、１２６を中心にねじり方向に可動自在に取り付けられている。なお、弾性部材１３０は、支持壁部１１４、１１６にインサート成形によって一体的に取り付けられている。
【００９０】
なお、コイル１２２には、実施の形態１のアクチュエータ１００及び実施の形態２のアクチュエータ１００Ａと同様に、交流電圧の供給を行う交流供給部１８０によって、振周波数に略等しい周波数の交流が入力される。これにより固定体１１０Ｂに弾性部材１３０によって、シャフト１２５のねじり方向に可動自在に支持された可動体１２０Ｂは、固定体１１０Ｂ内においてコイル１２２による推力によって回転往復振動を行う。
【００９１】
図１０は、本発明の実施の形態３に係るアクチュエータ１００Ｂの動作を説明する模式図である。なお、図１０（ａ）では白抜き矢印でマグネット１５０による磁気回路の磁束の流れを示しているが、図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）では同様の流れであるため、図示省略している。また、図１０（ａ）ではコイル１２２に交流電圧を供給する交流供給部１８０を図示しているが、図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）では、図１０（ａ）と同様に図示されるため、省略している。
【００９２】
アクチュエータ１００Ｂは、図１０（ａ）に示すように、マグネット１５０から発生した磁束（白抜き矢印で示す）が、コイル１２２が配置されるエアギャップＧ、アウターヨーク１４０の側壁部１４３、ヨーク中央部１４１、側壁部１４２、反対側のエアギャップを順に通り、マグネット１５０の対極へと繋がる磁気回路を有する。
【００９３】
アクチュエータ１００Ｂでは、コイル１２２に交流供給部１８０から交流が供給されると、フレミングの左手の法則に従い、コイル１２２には、図中矢印Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４で示す推力が発生する。これにより、コイル１２２には、回転重心であるシャフト１２５を軸中心とした回転力が発生し、可動体１２０は、図５で示すアクチュエータ１００のコイル１２２と同様に、図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）、図１０（ｄ）の動作を繰り返し、回転往復振動する。
【００９４】
このようにアクチュエータ１００Ｂでは、非磁性体の基台１１２Ｂに一体的に形成された凸部１６０Ｂに直接マグネット１５０を配置するため、実施の形態１のアクチュエータ１００と比較して、別体の非磁性体を用いることがなく、部品点数が減少させることができコスト面で有利となる。
【００９５】
また、組立の際に、平板状の基台１１２Ｂに、基台１１２Ｂの表面から突出する凸部１６０Ｂ上にマグネット１５０を取り付けるため、Ｕ字型アウターヨーク１４０において窪む内側にマグネット１５０を取り付ける場合と比較して、位置決めや取り付け作業を容易に行うことができる。なお、アクチュエータ１００Ｂでは、アクチュエータ１００と比較して、マグネット１５０の配置構造が異なるが、磁気回路構成は同様であり、実施の形態１のアクチュエータ１００と同様の作用効果を得ることができる。特に、アクチュエータ００Ｂによれば、電動歯ブラシ等の往復回転運動を、駆動源とは別体の駆動伝達機構を用いることなく実現することができる。
【００９６】
（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４に係るアクチュエータ１００Ｃの要部構成を示す図であり、アクチュエータ１００Ｃにおける固定体及び可動体の構成を示す概略断面図である。なお、図１１では、アクチュエータ１００Ｃにおける磁束の流れを白矢印で示している。
【００９７】
実施の形態４に係るアクチュエータ１００Ｃは、図８及び図９に示すアクチュエータ１００Ｂにおいて非磁性体の基台１１２Ｂを磁性体の基台１１２Ｃに代えた構成を有し、その他の構成は同様である。
【００９８】
すなわち、アクチュエータ１００Ｃでは、磁性体である矩形板状の基台１１２Ｃにおける表面の略中央部に、非磁性体（スペーサ）１６０Ｃを介して、マグネット１５０が、水平方向に異なる磁極を離間させて取り付けられている。マグネット１５０を覆うように、Ｕ字状のアウターヨーク１４０が、基台１１２Ｃに取り付けられている。アウターヨーク１４０の両側壁部１４２、１４３の内壁面１４２ａ、１４３ａは、マグネット１５０の異なる磁極（Ｓ磁極面１５０ａ、Ｎ磁極面１５０ｂ）とエアギャップＧを介して対向して配置されている。
【００９９】
エアギャップＧ内には、マグネット１５０を周回するコイル１２２が配置され、このコイル１２２は、コイル保持部１２４Ｂに保持される。ここでは、コイル保持部１２４Ｂは、実施の形態３と同様に、支持壁部１１４、１１６（図９参照）の開口部１１４ａ、１１６ａに、シャフト１２５、１２６を回動自在に挿入し、且つ弾性部材１３０を介して可動自在に支持されている。つまり、可動体１２０Ｃは、固定体１１０Ｃにシャフト１２５（図示省略）を中心としてねじる方向に往復回転振動自在に取り付けられている。
【０１００】
このように構成されたアクチュエータ１００Ｃでは、マグネット１５０から流れる磁束は固定体１１０において２つの経路をとる。
【０１０１】
すなわち、アクチュエータ１００Ｃでは、マグネット１５０から発生した磁束（白抜き矢印で示す）は、Ｎ磁極面１５０ｂからコイル１２２が配置されるエアギャップを通ってアウターヨーク１４０の側壁部１４３から基台１１２Ｃと、基台１１２Ｃ側とは反対方向のアウターヨーク１４０のヨーク中央部１４１とを通って側壁部１４２に至る。そして、側壁部１４２から、エアギャップを通って、マグネット１５０の対極であるＳ磁極面１５０ａへと繋がる。なお、コイル１２２には、アクチュエータ１００Ｂと同様に、交流電圧の供給を行う交流供給部１８０によって、振周波数に略等しい周波数の交流が入力される。これにより固定体１１０Ｃに、弾性部材１３０（図９参照）によって、シャフト１２５（図９参照）のねじり方向に可動自在に支持された可動体１２０Ｃは、コイル１２２が発生する推力によって、固定体１１０Ｃ内で、回転往復振動を行う。このアクチュエータ１００Ｃにおける可動体１２０Ｃの回転往復振動は、アクチュエータ１００と同様であるため説明は省略する。
【０１０２】
よって、アクチュエータ１００Ｃの磁気回路では、アクチュエータ１００Ｂと同様の作用効果に加えて、実施の形態２のアクチュエータ１００Ａと同様の効果を得ることができる。特に、アクチュエータ１００Ｃでは、磁気飽和が緩和されることによって、コイル１２２に交流供給部１８０から交流電圧を供給した際に発生する可動体１２０Ｃの推力を上昇させることができる。
【０１０３】
また、可動体１２０Ｃを可動自在に収容した固定体１１０Ｃの外周部分、つまり、マグネット１５０を含む磁気回路が、磁性体であるアウターヨーク１４０と磁性体である基台１１２Ｃとによって構成されている。つまり、アクチュエータ１００Ｃの外表面を磁性体によって形成するため、アクチュエータ１００Ｃにおいて、基台１１２Ｃ、アウターヨーク１４０、マグネット１５０及びコイル１２２を含む磁気回路の漏れ磁束を抑制することができる。
【０１０４】
（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５に係るアクチュエータ１００Ｄを示す斜視図であり、図１３は、同アクチュエータ１００Ｄの要部分解斜視図である。なお、このアクチュエータ１００Ｄは、図１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。
【０１０５】
実施の形態５に係るアクチュエータ１００Ｄは、図１に示すアクチュエータ１００において、シャフト１２５、１２６が、軸受１９０を介して固定体１１０の支持壁部１１４、１１６に挿通させて回転自在に軸支された構成であり、その他の構成は同様である。
【０１０６】
すなわち、アクチュエータ１００Ｄは、図１２及び図１３に示すように、可動体１２０が備えるシャフト１２５は、支持壁部１１６の開口部１１６ａに取り付けられた軸受１９０に回動自在に挿通されている。このシャフト１２５は、可動体１２０の可動運動を伝達して出力するとともに、可動体１２０を固定体１１０に軸支させる軸部として機能している。
【０１０７】
また、可動体１２０においてシャフト１２５と同一軸線上に配置され、シャフト１２５と逆方向に突出するシャフト１２６は、支持壁部１１４の開口部１１４ａに取り付けられた軸受１９０に回動自在に挿通されている。
【０１０８】
このため、アクチュエータ１００Ｄでは、コイル１２２に交流供給部１８０から交流が供給された際に、コイル１２２を備える可動体１２０は、固定体１１０に対してシャフト１２５の軸心を中心に安定して回転往復振動することとなる。
【０１０９】
このようにアクチュエータ１００Ｄでは、可動体１２０は、軸受１９０に挿通されるシャフト１２５、１２６を介して、支持壁部１１４、１１６に回転方向及び軸方向に自由度を有する状態で回動自在に軸支されている。また、可動体１２０は、弾性部材１３０を介して、軸方向への移動を拘束された状態で支持壁部１１４、１１６に支持されている。つまり、可動体１２０は、支持壁部１１４、１１６に、シャフト１２５、１２６及び軸受１９０を用いた支軸構造と、弾性部材１３０を介して回転方向に自由度を確保した状態で固定体１１０に支持された構造となっており、耐衝撃性に優れた構造となっている。
【０１１０】
よって、アクチュエータ１００Ｄでは、アクチュエータ１００と同様の作用効果を得ることができるともに、シャフト１２５、１２６の回転軸心を固定して安定して回転往復運動することができるとともに、アクチュエータ自体の耐衝撃性を向上させることができる。
【０１１１】
なお、本実施の形態では、アクチュエータ１００Ｄは、実施の形態１に係るアクチュエータ１００における支持壁部１１４、１１６に軸受１９０を設けて、可動体１２０のシャフト１２５、１２６を回動自在に支持する構成としたが、これに限らず、実施の形態２〜４のアクチュエータ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの構成において同様の適用箇所に適用できることは勿論である。
【０１１２】
（実施の形態６）
図１４は、本発明の実施の形態６に係るアクチュエータ１００Ｅの分解斜視図であり、図１５は、同アクチュエータ１００Ｅに用いられる粘弾性部材としてのエラストマーを示す図である。なお、図１４に示すアクチュエータ１００Ｅは、図１から図４に示す実施の形態１に対応するアクチュエータ１００において、弾性部材１３０の構成を替えた構造であり、その他の構成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。
【０１１３】
アクチュエータ１００Ｅでは、アクチュエータ１００の構成において、ジグザグバネである弾性部材１３０に替えて自身の減衰が大きい粘弾性体、ここではエラストマー１９７を用いている。
【０１１４】
エラストマー１９７は、図１５に示すように、シャフト１２５、１２６と挿通する挿通口１９８を備えた中央部１９７ａと、中央部１９７ａからシャフト１２６及びシャフト１２５の軸心と直交する方向に突出するアーム部１９７ｂとを備える。エラストマー１９７は粘弾性体であるため、中央部１９７ａとアーム部１９７ｂとを互いに弾性変形させて変位させることができる。
【０１１５】
エラストマー１９７は、支持壁部１１６、１１４とコイル保持部１２４における前壁部１２４ｂ及び後壁部１２４ｃとの間に配置され、バネとして機能する。エラストマー１９７は、アーム部１９７ｂの延在方向でずれた位置に形成された孔部１９８ａ、１９８ｂに、支持壁部１１６、１１４と前後壁部１２４ｂ、１２４ｃの突起が嵌入されている。
【０１１６】
なお、図１４では、エラストマー１９７の孔部１９８ａ、１９８ｂに嵌入される突起のうち、支持壁部１１４に形成された突起１１４ｃ及び前壁部１２４ｂに形成された突起１２５ｆのみを示す。図示しないが、支持壁部１１４の突起１１４ｃと同様の突起が支持壁部１１６に形成され、前壁部１２４ｂの突起１２５ｆと同様の突起が後壁部１２４ｃにも形成されている。ここでは、エラストマー１９７のアーム部１９７ｂにおいて、中央部１９７ａに近い位置の孔部１９８ａに前後壁部１２４ｂ、１２４ｃの突起が圧入により嵌合されている。また、中央部１９７ａよりも遠い位置の孔部１９８ｂに支持壁部１１６、１１４の突起が圧入により嵌合されている。
【０１１７】
アクチュエータ１００Ｅによれば、実施の形態１の特性を有し、アクチュエータ１００と同様の作用効果を得ることができる。加えて、アクチュエータ１００Ｅでは、エラストマー１９７は、支持壁部１１６、１１４とコイル保持部１２４における前壁部１２４ｂ及び後壁部１２４ｃとの間に配置して、支持壁部１１６、１１４と前壁部１２４ｂ及び後壁部１２４ｃの突起（図１３では１１４ｃ、１２５ｆのみ示す）を孔部１９８ａ、１９８ｂに圧入するだけで、両部材に取り付けられる。これにより、ジグザグバネ、板バネ等の金属バネを用いた場合と異なり、ネジによる締結、接着又はインサート成形などの煩雑な取り付け工程を必要とすることなく、エラストマー１９７を可動体１２０と固定体１１０の間に挟みこむだけで、バネとして機能させることができ、アクチュエータ１００Ｃ自体の組立性の向上を図ることができる。
【０１１８】
なお、アクチュエータ１００Ｅは、実施の形態１に係るアクチュエータ１００の弾性部材１３０に代えて、エラストマー１９７を用いて、可動体１２０を固定体１１０に、シャフト１２５、１２６の軸を中心としたねじり方向に可動自在に支持する構成としたが、これに限らず、アクチュエータ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃにおいて同様の適用箇所に適用できることは勿論である。
【０１１９】
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】
【０１２０】
本発明に係るアクチュエータは、電動歯ブラシ等の往復回転運動を、駆動源とは別体の駆動伝達機構を用いることなく小型化を実現できる効果を有し、電動歯ブラシ等に用いられる往復回転振動させるアクチュエータとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】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
【図２】同アクチュエータにおいてアウターヨークを外した状態を示す斜視図
【図３】同アクチュエータの要部分解斜視図
【図４】同アクチュエータにおける要部構成を示す概略断面図
【図５】同アクチュエータの動作を説明するための模式図
【図６】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
【図７】本発明の実施の形態２に係るアクチュエータにおける要部構成を示す概略断面図
【図８】本発明に係る実施の形態３に係るアクチュエータの構成を示す図
【図９】同アクチュエータの分解斜視図
【図１０】同アクチュエータの動作を説明する模式図
【図１１】本発明の実施の形態４に係るアクチュエータの要部構成を示す概略断面図
【図１２】本発明の実施の形態５に係るアクチュエータを示す斜視図
【図１３】同アクチュエータの要部分解斜視図
【図１４】本発明の実施の形態６に係るアクチュエータの要部分解斜視図
【図１５】同アクチュエータに用いられる粘弾性部材であるエラストマーを示す図
【符号の説明】
【０１２２】
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ アクチュエータ
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ 固定体
１１２、１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ 基台
１１４、１１６ 支持壁部
１２０、１２０Ｂ、１２０Ｃ 可動体
１２２ コイル
１２４、１２４Ｂ コイル保持部
１２４ｂ 前壁部
１２４ｃ 後壁部
１２５、１２６ シャフト
１３０ 弾性部材
１４０ アウターヨーク
１４１ ヨーク中央部
１４２、１４３ 側壁部
１５０ マグネット
１５０ａ、１５０ｂ 磁極面
１６０、１６０Ｃ 非磁性体
１６０Ｂ 凸部
１８０ 交流供給部
１９０ 軸受
１９７ エラストマー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動歯ブラシ或いは電動音波歯ブラシ等に用いられるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動音波歯ブラシを含む電動歯ブラシでは、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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
また、アクチュエータと、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に示すように、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。
【特許文献１】特開２００２−０７８３１０号公報
【特許文献２】特許第３２４３５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電動歯ブラシでは、ローリング磨きを実現できるとともに、ローリング磨き用歯ブラシを駆動させる駆動部分が収容される柄の部分を極力細くしたいため、歯ブラシの駆動部分の小型化が望まれている。
【０００７】
しかしながら、通常の軸回り回転するモータを用いローリング磨きを実現するためには、モータとは別に当該モータの回転を往復回転運動に変換するための運動方向変換機構が必要となる。また、特許文献１のようリニア駆動アクチュエータを用いローリング磨きを実現するためには、リニア駆動アクチュエータとは別にトルク発生機構（駆動源）が必要となる。
【０００８】
また、特許文献２に示す構造では、駆動源とともに、駆動源とは別の共振振動機構が必要となる。
【０００９】
したがって、従来の構造では、モータ或いはリニア駆動アクチュエータを電動歯ブラシの駆動源としてみた場合、駆動源に加えて、駆動源とは別の運動方向変換機構又はトルク発生機構又は共振振動機構の配置スペースを確保する必要があるので、歯ブラシの小型化には困難であるという問題がある。
【００１０】
さらに、歯ブラシの駆動部分として、モータなどのアクチュエータとは別体の運動方向変換機構といった駆動伝達機構を備える場合、駆動伝達機構では、騒音発生の恐れ及び伝達される動力ロスの発生による効率悪化の恐れがあり、これらの対策も考慮する必要がある。
【００１１】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、電動歯ブラシ等の往復回転運動を、駆動源とは別体の駆動伝達機構を用いることなく実現できる、小型化のアクチュエータ及び電動歯ブラシ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】
【００１２】
本発明のアクチュエータは、永久磁石及び前記永久磁石において極の異なる磁極面にそれぞれ所定間隔を空けて対向する内壁面を有するアウターヨークを有する固定体と、前記極の異なる磁極面と、前記極の異なる磁極面のそれぞれと対向する前記内壁面との間に配置され前記永久磁石を周回するコイルを有し、前記固定体に取り付けられる弾性支持部を介して可動自在に支持される可動体と、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備える構成を採る。
【００１３】
本発明の電動歯ブラシは、上記構成のアクチュエータと、前記アクチュエータの出力軸に、当該出力軸と同一軸心上で連結され、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とを有する構成を採る。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電動歯ブラシ等の往復回転運動を、駆動源とは別体の駆動伝達機構を用いることなく達成できるので、小型化のアクチュエータ及び電動歯ブラシを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
（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１００を示す斜視図であり、図２は、同アクチュエータ１００においてアウターヨークを外した状態を示す斜視図である。また、図３は、同アクチュエータの要部分解斜視図である。
【００１７】
図１〜図３に示すアクチュエータ１００は、固定体１１０と、可動体１２０（図２参照）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）１３０（図２参照）と、交流供給部１８０（図３参照）とを有する。
【００１８】
図１に示すように、アクチュエータ１００では、弾性部材１３０を介して固定体１１０に支持される可動体１２０（図２参照）の可動によって、可動体１２０の出力軸である回転往復伝達シャフト（以下、「シャフト」という）１２５が、所定の角度範囲内で正逆方向（図１の矢印方向）に回転し、回転往復振動として外部に出力する。
【００１９】
図３に示すように、固定体１１０は、基台（ベースプレート）１１２と、支持壁部１１４、１１６と、アウターヨーク１４０と、非磁性体（スペーサ）１６０を介してアウターヨーク１４０に取り付けられるマグネット１５０と、を有する。
【００２０】
固定体１１０では、基台１１２は、シャフト１２５の延在方向に沿って長い矩形板状をなし、ここでは非磁性体により形成されている。基台１１２の表面中央部の上方には、可動体１２０のコイル１２２が配置され、このコイル１２２を覆うように、断面Ｕ字状（コ字状も含む）のアウターヨーク１４０が基台１１２に取り付けられている。
【００２１】
また、基台１１２の長手方向で離間する端辺部から支持壁部１１４、１１６が立設されている。
【００２２】
支持壁部１１４、１１６は、可動体１２０のシャフト１２５、１２６が挿通する開口部１１４ａ、１１６ａを有する。開口部１１４ａにシャフト１２６が挿通され、開口部１１６ａにシャフト１２５が挿通されている。
【００２３】
また、支持壁部１１４、１１６は、弾性部材１３０を介して可動体１２０を可動自在に支持している。つまり、支持壁部１１４、１１６は、シャフト１２５、１２６を開口部１１４ａ、１１６ａに挿通させた状態で、弾性部材１３０を介して、可動体１２０を可動自在に保持している。通常状態では、可動体１２０は、支持壁部１１４、１１６と弾性部材１３０とによって略水平方向（基台１１２と略平行）に保持される。なお、開口部１１４ａ、１１６ａには、シャフト１２５、１２６は、遊びが有る状態で挿通されてもよい。なお、弾性部材１３０の説明は後述する。
【００２４】
これら支持壁部１１４、１１６の間に、アウターヨーク１４０が、可動体１２０の本体部分を覆うように配設されている。
【００２５】
アウターヨーク１４０は、ここでは、断面略コ字状をなし、板状の磁性体を折曲することで形成されている。アウターヨーク１４０は、矩形板状のヨーク中央部１４１と、ヨーク中央部１４１の両側辺部からそれぞれ垂下され、互いに対向する側壁部１４２、１４３とを有する。ここでは、アウターヨーク１４０は、基台１１２に、可動体１２０のコイル１２２及びコイル保持部１２４を覆うように取り付けられ、基台１１２によって両側壁部１４２、１４３の先端部が閉塞されている、
【００２６】
アウターヨーク１４０は、内側に配置される可動体１２０のコイル１２２と、アウターヨーク１４０のヨーク中央部１４１に取り付けられるマグネット１５０とともに磁気回路を構成する。
【００２７】
図４は、アクチュエータ１００における要部構成を示す概略断面図である。
【００２８】
マグネット（永久磁石）１５０は、図４に示すように、アウターヨーク１４０のヨーク中央部１４１における裏面の中央部分に、アウターヨーク１４０の対向する側壁部１４２、１４３間にそれぞれエアギャップＧが形成されるように、非磁性体１６０を介して取り付けられている。
【００２９】
マグネット１５０は、ヨーク中央部１４１から非磁性体１６０を介して垂下するように設けられ、側壁部１４２、１４３のそれぞれの内壁面に対して、互いに異なる磁極を対向させている。
【００３０】
ここでは、マグネット１５０のＳ極側（Ｓ磁極面１５０ａ）が、アウターヨーク１４０の側壁部１４２の内壁面に対向し、Ｎ極（Ｎ磁極面１５０ｂ）側が、アウターヨーク１４０の側壁部１４３の内壁面に対向している。
【００３１】
また、マグネット１５０は、アウターヨーク１４０の延在方向の長さに対応した長さを有する直方体であり、外形が同形状の非磁性体１６０を介してヨーク中央部１４１に、当該ヨーク中央部１４１の延在方向に沿って取り付けられている。
【００３２】
これにより、マグネット１５０は、アウターヨーク１４０の長手方向の長さと同様の長さを有し、対向する側壁部１４２、１４３の内壁面の全面に対して、異なる磁極の面をそれぞれ対向させた状態でヨーク中央部１４１に配設されている。
【００３３】
マグネット１５０とアウターヨーク１４０の側壁部１４２、１４３との間のエアギャップＧには、マグネット１５０の両側壁面（磁極面）１５０ａ、１５０ｂ、側壁部１４２、１４３の内壁面及びヨーク中央部１４１の裏面とのそれぞれから離間して、可動体１２０のコイル１２２が配置されている。
【００３４】
コイル１２２は、ここでは、ボイスコイルであり、マグネット１５０の周囲を囲むように巻回されている。具体的には、コイル１２２は、エアギャップ内で、マグネット１５０と側壁部１４２、１４３との対向方向と直交する方向に巻回されている。コイル１２２には、図３及び図４に示すように交流供給部１８０から交流電源（交流電圧）が供給される。
【００３５】
このコイル１２２は、コイル保持部１２４に載置されることによって保持されており、コイル保持部１２４は弾性部材１３０を介して固定体１１０により支持されている。
【００３６】
ここではコイル保持部１２４は、図２及び図３に示すように、側面視コ字状に形成され、コイル１２２が載置された底板部１２４ａと、底板部１２４ａの長手方向（シャフト１２５の延在方向）で離間する端部から立設する前壁部１２４ｂ及び後壁部１２４ｃとを有する。
【００３７】
このコイル保持部１２４は、ここでは非磁性体で構成されており、前壁部１２４ｂには、シャフト１２５が直交して取り付けられ、後壁部１２４ｃには、シャフト１２６がシャフト１２５と同軸心上に位置するように取り付けられている。つまり、シャフト１２５は、マグネット１５０の異なる磁極面１５０ａ、１５０ｂ（図４参照）と略平行に、マグネット１５０の略中心に沿って配置されている。
【００３８】
このようにコイル１２２は、コイル保持部１２４、シャフト１２５、１２６とともに、支持壁部１１４、１１６により可動自在に支持された可動体１２０を構成している。
【００３９】
弾性部材１３０は、支持壁部１１４、１１６の対向領域において、可動体１２０を、左右前後方向に変位自在に支持して、可動体１２０を、マグネット１５０及びシャフト１２５のねじり方向に支持している。
【００４０】
ここでは、弾性部材１３０は、支持壁部１１４、１１６どうしで対向する面の上端部分において略水平に、対向方向に突出して設けられた板状のジグザグバネからなる。つまり、弾性部材１３０は、一端部から他端部側に向かって細帯状の金属板が一方の幅方向に延びて他方の幅方向に折り返すことを繰り返してジグザグに形成されており、弾性部材１３０自体は一端部と他端部とを固定するとねじり方向に伸縮自在となっている。
【００４１】
このように構成された弾性部材１３０を介して、可動体１２０は、基台１１２とアウターヨーク１４０とで囲まれる領域内において、固定体１１０の支持壁部１１４、１１６のそれぞれに、シャフト１２５、１２６の軸を中心にねじり方向に可動自在に支持されている。
【００４２】
なお、可動体１２０のシャフト１２５は、図１及び図２に示すように、アウターヨーク１４０の延在方向と同方向で支持壁部１１６から外方に突出するように設けられている。
すなわち、シャフト１２５は、アクチュエータ１００において、マグネット１５０と側壁部１４２、１４３とが対向する方向と略直交する方向に突出して設けられている。
【００４３】
このようにシャフト１２５は、コイル保持部１２４の前壁部１２４ｂに固定されることによって、可動体１２０の重心を通る軸線上に位置するように、可動体１２０に取り付けられた状態となっている。これによりシャフト１２５は、可動体１２０の本体を構成するコイル１２２及びコイル保持部１２４とともに回転往復振動し、その振動を外部に伝達することができる。
【００４４】
なお、アクチュエータ１００が電動歯ブラシに用いられる場合、シャフト１２５には、シャフト１２５と同一軸心上で、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る。これにより歯ブラシ部はシャフト１２５と同様の運動、ここでは回転往復振動であるローリングを行うこととなる。
【００４５】
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ｋｓｐ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で振動する。
【００４６】
【数１】
本実施の形態のアクチュエータ１００は、交流供給部１８０によって、コイル１２２に可動体１２０の共振周波数ｆ０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。
【００４７】
図４に示すように、固定体１１０及び可動体１２０では、アウターヨーク１４０、マグネット１５０及びコイル１２２が、磁気回路を形成する。
【００４８】
ここでは、アクチュエータ１００は、マグネット１５０から発生した磁束（白抜き矢印で示す）が、コイル１２２が配置されるエアギャップ、アウターヨーク１４０の側壁部１４３、ヨーク中央部１４１、側壁部１４２、反対側のエアギャップを順に通り、マグネット１５０の対極へと繋がる磁気回路を有する。
【００４９】
本アクチュエータ１００における可動体１２０は、弾性部材１３０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ており、コイル１２２に可動体１２０の共振周波数ｆ０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のシャフト１２５に伝達される。
【００５０】
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。
【００５１】
【数２】
【００５２】
【数３】
すなわち、アクチュエータ１００における慣性モーメント、回転角度、トルク定数、電流、バネ定数、減衰係数、負荷トルクなどは、式（２）を満たす範囲内で適宜変更でき、電圧、抵抗、インダクタンス、逆起電力乗数は、式（３）を満たす範囲内で適宜変更できる。
【００５３】
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。
【００５４】
図５は、本実施の形態１に係るアクチュエータ１００の動作を説明するための模式図である。なお、図５（ａ）では白抜き矢印でマグネット１５０による磁束の流れを示しているが、図５（ｂ）〜図５（ｄ）では同様の流れであるため、図示省略している。また、図５（ａ）ではコイル１２２に交流電圧を供給する交流供給部１８０を図示しているが、図５（ｂ）〜図５（ｄ）では、図５（ａ）と同様に図示されるため、省略している。
【００５５】
コイル１２２に交流供給部１８０から交流が供給されると、フレミングの左手の法則に従い、コイル１２２には、図中矢印Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４で示す推力が発生する。これにより、基台１１２及び支持壁部１１４、１１６に弾性部材１３０を介して可動自在に取り付けられた可動体１２０には、回転重心を軸中心とした回転力が発生する。
【００５６】
アクチュエータ１００の１周期分の動作について説明する。
【００５７】
図５（ａ）に示す向きでコイル１２２に電流が流れる（この方向を順方向電流と呼ぶ）と、マグネット１５０のＮ極面１５０ｂに対向するコイル１２２の部分１２２ｂには、上向き（アウターヨーク１４０側の方向）に推力Ｆ１が発生する。一方、マグネット１５０のＳ極面１５０ａに対向するコイル１２２の部分１２２ａには、下向き（基台１１２側の方向）に推力Ｆ２が発生する。
【００５８】
これにより、固定体１１０の基台１１２から立ち上がる支持壁部１１４、１１６（図２及び図３参照）に弾性部材１３０を介して支持された、コイル１２２を有する可動体１２０に回転する力が発生する。可動体１２０は、コイル１２２の推力Ｆ１、Ｆ２によって、図４（ｂ）に示す位置となるように反時計回りに可動する。
【００５９】
図５（ｂ）に示す状態のアクチュエータ１００では、弾性部材１３０（図２及び図３参照）の復元力により矢印Ｒ１、Ｒ２の反力が発生する。図５（ｂ）に示す状態から図５（ｄ）に示す状態までは、コイル１２２に図５（ａ）とは逆方向の電流が供給される。これにより、可動体１２０は、図５（ｂ）の状態から図５（ｃ）の状態までは、矢印Ｒ１、Ｒ２で示す反力と、矢印Ｆ３、Ｆ４で示す推力とによって、固定体１１０に対して時計回りに回転する。また、可動体１２０は、図５（ｃ）の状態から図５（ｄ）の状態までは、矢印Ｆ３、Ｆ４で示す推力によって、固定体１１０に対して時計回りに回転する。
【００６０】
図５（ｄ）に示す状態のアクチュエータ１００では、弾性部材１３０の復元力により矢印Ｒ３、Ｒ４の反力が発生する。図５（ｄ）に示す状態から図５（ａ）に示す状態を経て図５（ｂ）に示す状態までは、コイル１２２に順方向電流が供給される。これにより、可動体１２０は、図５（ｄ）の状態から図５（ａ）の状態までは、矢印Ｒ３、Ｒ４で示す反力と、矢印Ｆ１、Ｆ２で示す推力とによって、固定体１１０に対して反時計回りに回転する。
【００６１】
また、可動体１２０は、図５（ａ）の状態から図５（ｂ）の状態までは、矢印Ｆ１、Ｆ２で示す推力によって、固定体１１０に対して反時計回りに回転する。なお、可動体１２０は、マグネット１５０を中心に往復回転振動を行うが、弾性部材１３０の反力を用いることなく、推力Ｆ１〜Ｆ４によって、図５に示す示した動作と同様の動作を行うこともできる。
【００６２】
次に、図５に示す各状態で可動体１２０のコイル１２２に供給される交流電流について簡単に説明する。
【００６３】
図６は、本実施の形態のアクチュエータにおいて交流供給部１８０から可動体１２０のコイル１２２に供給される交流の周期を示す図である。
【００６４】
コイルに流れる交流は、図６（ａ）に示すように周波数ｆ０のパルス波でもよいし、図６（ｂ）に示すように周波数ｆ０の正弦波でもよい。
【００６５】
図５（ａ）の状態では、図６に示す時点ｔ１の順方向の電流が供給され、図５（ｂ）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５（ｃ）の状態では、図６に示す時点ｔ３の逆方向の電流が供給される。また、図５（ｄ）の状態では、図６の時点ｔ４で示すように電流の向きが切り替えられて、図５（ｄ）の状態では、図６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（ａ）から図５（ｄ）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。
【００６６】
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シャフト１２５を介して外部に出力される。シャフト１２５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、歯ブラシ部は回転往復振動してローリング磨きを行うことができる。
【００６７】
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では、電動歯ブラシ等の往復回転運動を、駆動源とは別体の駆動伝達機構を用いることなく実現して小型化を図ることができ、更に、往復回転運動を低消費電力で実現することができる。
【００６８】
また、アクチュエータ１００では、可動体１２０は、ボイスコイルであるコイル１２２を用いて駆動するため、磁気吸引力ディテント力が発生せず、制御性に優れる。具体的には、可動体１２０の停止時の位置は、弾性部材１３０の復元力によって中心位置に保持されるため、駆動停止時において、電力を損失することがない。
【００６９】
また、可動体１２０は、アウターヨーク１４０を含まずに、コイル１２２およびコイル保持部１２４により構成している。このため、可動体１２０の慣性モーメントの大きさは外形に依存せずコイル１２２の形状に依存して決定することができる。コイル１２２の配置はアウターヨーク１４０の内側にあるため、イナーシャを上昇させる要因になりにくい。よって、アクチュエータ１００の外形の変更における慣性モーメントの上昇が小さくなるため、設計上の制約がなくなり、アクチュエータ１００自体の設計自由度を向上させることができる。
【００７０】
なお、アクチュエータ１００を有する電動歯ブラシでも上述した同様の効果を得ることができ、電動歯ブラシ自体の小型化も図ることができる。
【００７１】
（実施の形態２）
実施の形態２に係るアクチュエータは、図１〜図６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、非磁性体である基台１１２に代えて、磁性体の基台を用いたものである。よって、その他の構成は、アクチュエータ１００と同様の構成であり同符号を付して説明は省略する。
【００７２】
図７は、本発明の実施の形態２に係るアクチュエータ１００Ａにおける要部構成を示す概略断面図である。なお、図７では、マグネット１５０による磁気回路の磁束の流れを白矢印で示す。
【００７３】
アクチュエータ１００Ａでは、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、基台１１２を磁性体の基台１１２Ａにして、コイル１２２を備える可動体１２０を磁性体によって囲む構成とする。なお、アウターヨーク１４０及び基台１１２Ａにより囲まれるコイル１２２の内側には、アクチュエータ１００の構成と同様に、所定間隔を空けて、アウターヨーク１４０に取り付けられたマグネット１５０が、コイル１２２の周回方向と交差する方向に磁極面を向けて配置されている。これら磁極面は、アウターヨーク１４０の側壁部１４２、１４３とでコイルを挟むように配置されている。この構成によって、アクチュエータ１００Ａでは、アクチュエータ１００と比較して、マグネット１５０による磁束の経路が、固定体１１０において２つ形成される。
【００７４】
すなわち、アクチュエータ１００Ａの磁気回路では、図７に示すように、マグネット１５０から発生した磁束（白抜き矢印で示す）が、コイル１２２が配置されるエアギャップ、アウターヨーク１４０の側壁部１４３からヨーク中央部１４１と、ヨーク中央部１４１とは反対側の基台１１２Ａとをそれぞれ通って、側壁部１４２から反対側のエアギャップを順に通って、マグネット１５０の対極へと繋がる。なお、アクチュエータ１００Ａにおける可動体１２０の動作はアクチュエータ１００と同様であるため説明は省略する。
【００７５】
これにより、アクチュエータ１００Ａでは、アクチュエータ１００と同様に、電動歯ブラシ等の往復回転運動を、駆動源とは別体の駆動伝達機構を用いることなく実現することができる。加えて、アクチュエータ１００Ａでは、磁気回路における磁気飽和が緩和されることによって、コイル１２２に交流供給部１８０から交流電圧を供給した際に発生する可動体１２０の推力を上昇させることができる。
【００７６】
本実施の形態２のアクチュエータ１００Ａでは、実施の形態１におけるアクチュエータ１００の構成と比較して、コイル１２２が発生する可動体１２０を可動させるトルクを、約１．０５倍上昇させることができる。
【００７７】
また、本実施の形態２では、可動体１２０を可動自在に収容した固定体１１０の外周部分、つまり、マグネット１５０を含む磁気回路が、磁性体であるアウターヨーク１４０と磁性体である基台１１２Ａとによって構成される。
【００７８】
つまり、アクチュエータ１００Ａの外表面を磁性体によって形成するため、アクチュエータ１００Ａにおいて、基台１１２Ａ、アウターヨーク１４０、マグネット１５０及びコイル１２２を含む磁気回路の漏れ磁束を抑制することができる。
【００７９】
（実施の形態３）
図８は、本発明に係る実施の形態３に係るアクチュエータ１００Ｂの構成を示す図であり、アクチュエータ１００Ｂにおいてアウターヨーク１４０を基台１１２Ｂから外した状態を示す斜視図、図９は、同アクチュエータの分解斜視図である。なお、このアクチュエータ１００Ｂは、図１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】
本実施の形態３のアクチュエータは、実施の形態１に係るアクチュエータ１００の構成において、マグネット１５０をアウターヨーク１４０から外して、基台１１２側に非磁性体（スペーサ）を介して固定し、且つ、可動体１２０を上下逆にして、固定体１１０に、ねじり方向に回転往復振動可能に取り付けたものである。
【００８１】
具体的には、アクチュエータ１００Ｂは、固定体１１０Ｂと、可動体１２０Ｂと、固定体１１０Ｂに可動体１２０Ｂを、可動体１２０Ｂのシャフト１２５を中心にねじり方向に可動自在に支持する弾性部材１３０と、交流供給部１８０（図９及び図１０参照）とを有する。
【００８２】
固定体１１０Ｂは、図８及び図９に示すように、基台（ベースプレート）１１２Ｂと、基台１１２Ｂ上に非磁性体（スペーサ）の凸部１６０Ｂを介して取り付けられたマグネット１５０と、マグネット１５０を覆うように基台１１２Ｂに取り付けられるＵ字型のアウターヨーク１４０と、を有する。
【００８３】
固定体１１０Ｂでは、矩形板状の基台１１２Ｂは非磁性体により形成され、表面中央部に上方に突出して形成された非磁性体の凸部１６０Ｂを介してマグネット１５０が取り付けられている。
【００８４】
なお、マグネット１５０は、異なる磁極面と、アウターヨーク１４０の対向する側壁部１４２、１４３との間にそれぞれエアギャップが形成されるように、非磁性体の凸部１６０Ｂ上に取り付けられている。ここでは、マグネット１５０の磁極面は、上記各実施の形態のマグネット１５０と同様に、シャフト１２５と直交する方向で離間し、アウターヨーク１４０の側壁部１４２、１４３と対向する面としている。
【００８５】
凸部１６０Ｂは、基台１１２Ｂに一体的に形成されており、マグネット１５０と同外形を有する。ここでは、凸部１６０Ｂは、マグネット１５０とともに基台１１２Ｂの長手方向に沿って延在する直方体をなしている。凸部１６０Ｂは、載置されるマグネット１５０を基台１１２Ｂから離間させることによって、マグネット１５０の周囲に位置する可動体１２０Ｂのコイル１２２がマグネット１５０を中心に往復回転可能な領域を確保している。
【００８６】
このように、基台１１２Ｂから突出する凸部１６０Ｂ上に取り付けられたマグネット１５０に、エアギャップを介して、コイル１２２及びコイル保持部１２４Ｂの上面部１２４ｄが被さるように、可動体１２０Ｂは固定体１１０Ｂに配置されている。
【００８７】
可動体１２０Ｂは、アウターヨーク１４０の対向する内壁面とマグネット１５０との間に形成されるエアギャップに配置され、且つ、マグネット１５０を周回するコイル１２２と、コイル１２２を保持するコイル保持部１２４Ｂとにより構成されている。
【００８８】
コイル１２２は、コイル保持部１２４Ｂにおいて、長手方向で離間する端部から前壁部１２４ｂ及び後壁部１２４ｃが垂下された上面部１２４ｄの裏面に取り付けられている。
【００８９】
コイル保持部１２４Ｂは、固定体１１０Ｂの支持壁部１１４、１１６に、弾性部材１３０を介して、コイル１２２の軸方向と直交して設けられたシャフト１２５、１２６を中心にねじり方向に可動自在に取り付けられている。なお、弾性部材１３０は、支持壁部１１４、１１６にインサート成形によって一体的に取り付けられている。
【００９０】
なお、コイル１２２には、実施の形態１のアクチュエータ１００及び実施の形態２のアクチュエータ１００Ａと同様に、交流電圧の供給を行う交流供給部１８０によって、振周波数に略等しい周波数の交流が入力される。これにより固定体１１０Ｂに弾性部材１３０によって、シャフト１２５のねじり方向に可動自在に支持された可動体１２０Ｂは、固定体１１０Ｂ内においてコイル１２２による推力によって回転往復振動を行う。
【００９１】
図１０は、本発明の実施の形態３に係るアクチュエータ１００Ｂの動作を説明する模式図である。なお、図１０（ａ）では白抜き矢印でマグネット１５０による磁気回路の磁束の流れを示しているが、図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）では同様の流れであるため、図示省略している。また、図１０（ａ）ではコイル１２２に交流電圧を供給する交流供給部１８０を図示しているが、図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）では、図１０（ａ）と同様に図示されるため、省略している。
【００９２】
アクチュエータ１００Ｂは、図１０（ａ）に示すように、マグネット１５０から発生した磁束（白抜き矢印で示す）が、コイル１２２が配置されるエアギャップＧ、アウターヨーク１４０の側壁部１４３、ヨーク中央部１４１、側壁部１４２、反対側のエアギャップを順に通り、マグネット１５０の対極へと繋がる磁気回路を有する。
【００９３】
アクチュエータ１００Ｂでは、コイル１２２に交流供給部１８０から交流が供給されると、フレミングの左手の法則に従い、コイル１２２には、図中矢印Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４で示す推力が発生する。これにより、コイル１２２には、回転重心であるシャフト１２５を軸中心とした回転力が発生し、可動体１２０は、図５で示すアクチュエータ１００のコイル１２２と同様に、図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）、図１０（ｄ）の動作を繰り返し、回転往復振動する。
【００９４】
このようにアクチュエータ１００Ｂでは、非磁性体の基台１１２Ｂに一体的に形成された凸部１６０Ｂに直接マグネット１５０を配置するため、実施の形態１のアクチュエータ１００と比較して、別体の非磁性体を用いることがなく、部品点数が減少させることができコスト面で有利となる。
【００９５】
また、組立の際に、平板状の基台１１２Ｂに、基台１１２Ｂの表面から突出する凸部１６０Ｂ上にマグネット１５０を取り付けるため、Ｕ字型アウターヨーク１４０において窪む内側にマグネット１５０を取り付ける場合と比較して、位置決めや取り付け作業を容易に行うことができる。なお、アクチュエータ１００Ｂでは、アクチュエータ１００と比較して、マグネット１５０の配置構造が異なるが、磁気回路構成は同様であり、実施の形態１のアクチュエータ１００と同様の作用効果を得ることができる。特に、アクチュエータ００Ｂによれば、電動歯ブラシ等の往復回転運動を、駆動源とは別体の駆動伝達機構を用いることなく実現することができる。
【００９６】
（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４に係るアクチュエータ１００Ｃの要部構成を示す図であり、アクチュエータ１００Ｃにおける固定体及び可動体の構成を示す概略断面図である。なお、図１１では、アクチュエータ１００Ｃにおける磁束の流れを白矢印で示している。
【００９７】
実施の形態４に係るアクチュエータ１００Ｃは、図８及び図９に示すアクチュエータ１００Ｂにおいて非磁性体の基台１１２Ｂを磁性体の基台１１２Ｃに代えた構成を有し、その他の構成は同様である。
【００９８】
すなわち、アクチュエータ１００Ｃでは、磁性体である矩形板状の基台１１２Ｃにおける表面の略中央部に、非磁性体（スペーサ）１６０Ｃを介して、マグネット１５０が、水平方向に異なる磁極を離間させて取り付けられている。マグネット１５０を覆うように、Ｕ字状のアウターヨーク１４０が、基台１１２Ｃに取り付けられている。アウターヨーク１４０の両側壁部１４２、１４３の内壁面１４２ａ、１４３ａは、マグネット１５０の異なる磁極（Ｓ磁極面１５０ａ、Ｎ磁極面１５０ｂ）とエアギャップＧを介して対向して配置されている。
【００９９】
エアギャップＧ内には、マグネット１５０を周回するコイル１２２が配置され、このコイル１２２は、コイル保持部１２４Ｂに保持される。ここでは、コイル保持部１２４Ｂは、実施の形態３と同様に、支持壁部１１４、１１６（図９参照）の開口部１１４ａ、１１６ａに、シャフト１２５、１２６を回動自在に挿入し、且つ弾性部材１３０を介して可動自在に支持されている。つまり、可動体１２０Ｃは、固定体１１０Ｃにシャフト１２５（図示省略）を中心としてねじる方向に往復回転振動自在に取り付けられている。
【０１００】
このように構成されたアクチュエータ１００Ｃでは、マグネット１５０から流れる磁束は固定体１１０において２つの経路をとる。
【０１０１】
すなわち、アクチュエータ１００Ｃでは、マグネット１５０から発生した磁束（白抜き矢印で示す）は、Ｎ磁極面１５０ｂからコイル１２２が配置されるエアギャップを通ってアウターヨーク１４０の側壁部１４３から基台１１２Ｃと、基台１１２Ｃ側とは反対方向のアウターヨーク１４０のヨーク中央部１４１とを通って側壁部１４２に至る。そして、側壁部１４２から、エアギャップを通って、マグネット１５０の対極であるＳ磁極面１５０ａへと繋がる。なお、コイル１２２には、アクチュエータ１００Ｂと同様に、交流電圧の供給を行う交流供給部１８０によって、振周波数に略等しい周波数の交流が入力される。これにより固定体１１０Ｃに、弾性部材１３０（図９参照）によって、シャフト１２５（図９参照）のねじり方向に可動自在に支持された可動体１２０Ｃは、コイル１２２が発生する推力によって、固定体１１０Ｃ内で、回転往復振動を行う。このアクチュエータ１００Ｃにおける可動体１２０Ｃの回転往復振動は、アクチュエータ１００と同様であるため説明は省略する。
【０１０２】
よって、アクチュエータ１００Ｃの磁気回路では、アクチュエータ１００Ｂと同様の作用効果に加えて、実施の形態２のアクチュエータ１００Ａと同様の効果を得ることができる。特に、アクチュエータ１００Ｃでは、磁気飽和が緩和されることによって、コイル１２２に交流供給部１８０から交流電圧を供給した際に発生する可動体１２０Ｃの推力を上昇させることができる。
【０１０３】
また、可動体１２０Ｃを可動自在に収容した固定体１１０Ｃの外周部分、つまり、マグネット１５０を含む磁気回路が、磁性体であるアウターヨーク１４０と磁性体である基台１１２Ｃとによって構成されている。つまり、アクチュエータ１００Ｃの外表面を磁性体によって形成するため、アクチュエータ１００Ｃにおいて、基台１１２Ｃ、アウターヨーク１４０、マグネット１５０及びコイル１２２を含む磁気回路の漏れ磁束を抑制することができる。
【０１０４】
（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５に係るアクチュエータ１００Ｄを示す斜視図であり、図１３は、同アクチュエータ１００Ｄの要部分解斜視図である。なお、このアクチュエータ１００Ｄは、図１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。
【０１０５】
実施の形態５に係るアクチュエータ１００Ｄは、図１に示すアクチュエータ１００において、シャフト１２５、１２６が、軸受１９０を介して固定体１１０の支持壁部１１４、１１６に挿通させて回転自在に軸支された構成であり、その他の構成は同様である。
【０１０６】
すなわち、アクチュエータ１００Ｄは、図１２及び図１３に示すように、可動体１２０が備えるシャフト１２５は、支持壁部１１６の開口部１１６ａに取り付けられた軸受１９０に回動自在に挿通されている。このシャフト１２５は、可動体１２０の可動運動を伝達して出力するとともに、可動体１２０を固定体１１０に軸支させる軸部として機能している。
【０１０７】
また、可動体１２０においてシャフト１２５と同一軸線上に配置され、シャフト１２５と逆方向に突出するシャフト１２６は、支持壁部１１４の開口部１１４ａに取り付けられた軸受１９０に回動自在に挿通されている。
【０１０８】
このため、アクチュエータ１００Ｄでは、コイル１２２に交流供給部１８０から交流が供給された際に、コイル１２２を備える可動体１２０は、固定体１１０に対してシャフト１２５の軸心を中心に安定して回転往復振動することとなる。
【０１０９】
このようにアクチュエータ１００Ｄでは、可動体１２０は、軸受１９０に挿通されるシャフト１２５、１２６を介して、支持壁部１１４、１１６に回転方向及び軸方向に自由度を有する状態で回動自在に軸支されている。また、可動体１２０は、弾性部材１３０を介して、軸方向への移動を拘束された状態で支持壁部１１４、１１６に支持されている。つまり、可動体１２０は、支持壁部１１４、１１６に、シャフト１２５、１２６及び軸受１９０を用いた支軸構造と、弾性部材１３０を介して回転方向に自由度を確保した状態で固定体１１０に支持された構造となっており、耐衝撃性に優れた構造となっている。
【０１１０】
よって、アクチュエータ１００Ｄでは、アクチュエータ１００と同様の作用効果を得ることができるともに、シャフト１２５、１２６の回転軸心を固定して安定して回転往復運動することができるとともに、アクチュエータ自体の耐衝撃性を向上させることができる。
【０１１１】
なお、本実施の形態では、アクチュエータ１００Ｄは、実施の形態１に係るアクチュエータ１００における支持壁部１１４、１１６に軸受１９０を設けて、可動体１２０のシャフト１２５、１２６を回動自在に支持する構成としたが、これに限らず、実施の形態２〜４のアクチュエータ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの構成において同様の適用箇所に適用できることは勿論である。
【０１１２】
（実施の形態６）
図１４は、本発明の実施の形態６に係るアクチュエータ１００Ｅの分解斜視図であり、図１５は、同アクチュエータ１００Ｅに用いられる粘弾性部材としてのエラストマーを示す図である。なお、図１４に示すアクチュエータ１００Ｅは、図１から図４に示す実施の形態１に対応するアクチュエータ１００において、弾性部材１３０の構成を替えた構造であり、その他の構成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。
【０１１３】
アクチュエータ１００Ｅでは、アクチュエータ１００の構成において、ジグザグバネである弾性部材１３０に替えて自身の減衰が大きい粘弾性体、ここではエラストマー１９７を用いている。
【０１１４】
エラストマー１９７は、図１５に示すように、シャフト１２５、１２６と挿通する挿通口１９８を備えた中央部１９７ａと、中央部１９７ａからシャフト１２６及びシャフト１２５の軸心と直交する方向に突出するアーム部１９７ｂとを備える。エラストマー１９７は粘弾性体であるため、中央部１９７ａとアーム部１９７ｂとを互いに弾性変形させて変位させることができる。
【０１１５】
エラストマー１９７は、支持壁部１１６、１１４とコイル保持部１２４における前壁部１２４ｂ及び後壁部１２４ｃとの間に配置され、バネとして機能する。エラストマー１９７は、アーム部１９７ｂの延在方向でずれた位置に形成された孔部１９８ａ、１９８ｂに、支持壁部１１６、１１４と前後壁部１２４ｂ、１２４ｃの突起が嵌入されている。
【０１１６】
なお、図１４では、エラストマー１９７の孔部１９８ａ、１９８ｂに嵌入される突起のうち、支持壁部１１４に形成された突起１１４ｃ及び前壁部１２４ｂに形成された突起１２５ｆのみを示す。図示しないが、支持壁部１１４の突起１１４ｃと同様の突起が支持壁部１１６に形成され、前壁部１２４ｂの突起１２５ｆと同様の突起が後壁部１２４ｃにも形成されている。ここでは、エラストマー１９７のアーム部１９７ｂにおいて、中央部１９７ａに近い位置の孔部１９８ａに前後壁部１２４ｂ、１２４ｃの突起が圧入により嵌合されている。また、中央部１９７ａよりも遠い位置の孔部１９８ｂに支持壁部１１６、１１４の突起が圧入により嵌合されている。
【０１１７】
アクチュエータ１００Ｅによれば、実施の形態１の特性を有し、アクチュエータ１００と同様の作用効果を得ることができる。加えて、アクチュエータ１００Ｅでは、エラストマー１９７は、支持壁部１１６、１１４とコイル保持部１２４における前壁部１２４ｂ及び後壁部１２４ｃとの間に配置して、支持壁部１１６、１１４と前壁部１２４ｂ及び後壁部１２４ｃの突起（図１３では１１４ｃ、１２５ｆのみ示す）を孔部１９８ａ、１９８ｂに圧入するだけで、両部材に取り付けられる。これにより、ジグザグバネ、板バネ等の金属バネを用いた場合と異なり、ネジによる締結、接着又はインサート成形などの煩雑な取り付け工程を必要とすることなく、エラストマー１９７を可動体１２０と固定体１１０の間に挟みこむだけで、バネとして機能させることができ、アクチュエータ１００Ｃ自体の組立性の向上を図ることができる。
【０１１８】
なお、アクチュエータ１００Ｅは、実施の形態１に係るアクチュエータ１００の弾性部材１３０に代えて、エラストマー１９７を用いて、可動体１２０を固定体１１０に、シャフト１２５、１２６の軸を中心としたねじり方向に可動自在に支持する構成としたが、これに限らず、アクチュエータ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃにおいて同様の適用箇所に適用できることは勿論である。
【０１１９】
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】
【０１２０】
本発明に係るアクチュエータは、電動歯ブラシ等の往復回転運動を、駆動源とは別体の駆動伝達機構を用いることなく小型化を実現できる効果を有し、電動歯ブラシ等に用いられる往復回転振動させるアクチュエータとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】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
【図２】同アクチュエータにおいてアウターヨークを外した状態を示す斜視図
【図３】同アクチュエータの要部分解斜視図
【図４】同アクチュエータにおける要部構成を示す概略断面図
【図５】同アクチュエータの動作を説明するための模式図
【図６】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
【図７】本発明の実施の形態２に係るアクチュエータにおける要部構成を示す概略断面図
【図８】本発明に係る実施の形態３に係るアクチュエータの構成を示す図
【図９】同アクチュエータの分解斜視図
【図１０】同アクチュエータの動作を説明する模式図
【図１１】本発明の実施の形態４に係るアクチュエータの要部構成を示す概略断面図
【図１２】本発明の実施の形態５に係るアクチュエータを示す斜視図
【図１３】同アクチュエータの要部分解斜視図
【図１４】本発明の実施の形態６に係るアクチュエータの要部分解斜視図
【図１５】同アクチュエータに用いられる粘弾性部材であるエラストマーを示す図
【符号の説明】
【０１２２】
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ アクチュエータ
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ 固定体
１１２、１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ 基台
１１４、１１６ 支持壁部
１２０、１２０Ｂ、１２０Ｃ 可動体
１２２ コイル
１２４、１２４Ｂ コイル保持部
１２４ｂ 前壁部
１２４ｃ 後壁部
１２５、１２６ シャフト
１３０ 弾性部材
１４０ アウターヨーク
１４１ ヨーク中央部
１４２、１４３ 側壁部
１５０ マグネット
１５０ａ、１５０ｂ 磁極面
１６０、１６０Ｃ 非磁性体
１６０Ｂ 凸部
１８０ 交流供給部
１９０ 軸受
１９７ エラストマー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石及び前記永久磁石において極の異なる磁極面にそれぞれ所定間隔を空けて対向する内壁面を有するアウターヨークを有する固定体と、
前記極の異なる磁極面と、前記極の異なる磁極面のそれぞれと対向する前記内壁面との間に配置され前記永久磁石を周回するコイルを有し、前記固定体に取り付けられる弾性支持部を介して可動自在に支持される可動体と、
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、
を備える、
アクチュエータ。
【請求項２】
前記永久磁石は、前記アウターヨークに非磁性体を介して取り付けられている、
請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記可動体は、前記永久磁石の異なる磁極面と略平行に、前記永久磁石の略中心に沿って配置される出力軸を備え、前記弾性支持部によって前記出力軸を中心にねじる方向に可動自在に支持されている、
請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記アウターヨークは下方に開口する断面Ｕ字形状をなし、
前記固定体は、上方に前記可動体が離間して配置された磁性体の基台を有し、
前記アウターヨークは、前記基台に、前記可動体を覆うように取り付けられ、前記基台によって前記対向する内壁面を備える両側壁部の先端部が閉塞されている、
請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記マグネットは、前記基台に非磁性体のスペーサを介して取り付けられている、
請求項４記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記固定体は、上方に前記可動体が離間して配置された非磁性体の基台を有し、
前記アウターヨークは、下方に開口する断面Ｕ字形状をなし、前記可動体を覆うように前記基台に取り付けられ、
前記マグネットは、前記基台に取り付けられている、
請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記可動体は、前記固定体に、前記出力軸を中心に回転自在に軸支されている、
請求項３記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記弾性支持部は、前記固定体と、前記可動体とに介設され、前記固定体と前記可動体との間で変形自在な粘弾性体である、
請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項９】
請求項３記載のアクチュエータと、
前記アクチュエータの出力軸に、当該出力軸と同一軸心上で連結され、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と、
を有する、
電動歯ブラシ。
【請求項１】
永久磁石及び前記永久磁石において極の異なる磁極面にそれぞれ所定間隔を空けて対向する内壁面を有するアウターヨークを有する固定体と、
前記極の異なる磁極面と、前記極の異なる磁極面のそれぞれと対向する前記内壁面との間に配置され前記永久磁石を周回するコイルを有し、前記固定体に取り付けられる弾性支持部を介して可動自在に支持される可動体と、
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、
を備える、
アクチュエータ。
【請求項２】
前記永久磁石は、前記アウターヨークに非磁性体を介して取り付けられている、
請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記可動体は、前記永久磁石の異なる磁極面と略平行に、前記永久磁石の略中心に沿って配置される出力軸を備え、前記弾性支持部によって前記出力軸を中心にねじる方向に可動自在に支持されている、
請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記アウターヨークは下方に開口する断面Ｕ字形状をなし、
前記固定体は、上方に前記可動体が離間して配置された磁性体の基台を有し、
前記アウターヨークは、前記基台に、前記可動体を覆うように取り付けられ、前記基台によって前記対向する内壁面を備える両側壁部の先端部が閉塞されている、
請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記マグネットは、前記基台に非磁性体のスペーサを介して取り付けられている、
請求項４記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記固定体は、上方に前記可動体が離間して配置された非磁性体の基台を有し、
前記アウターヨークは、下方に開口する断面Ｕ字形状をなし、前記可動体を覆うように前記基台に取り付けられ、
前記マグネットは、前記基台に取り付けられている、
請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記可動体は、前記固定体に、前記出力軸を中心に回転自在に軸支されている、
請求項３記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記弾性支持部は、前記固定体と、前記可動体とに介設され、前記固定体と前記可動体との間で変形自在な粘弾性体である、
請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項９】
請求項３記載のアクチュエータと、
前記アクチュエータの出力軸に、当該出力軸と同一軸心上で連結され、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と、
を有する、
電動歯ブラシ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−１０４７１７（Ｐ２０１０−１０４７１７Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８２３６０（Ｐ２００８−２８２３６０）
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]