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達成できるので、小型化されたアクチュエータ及び電動歯ブラシを実現すること。
【解決手段】可動体１１０では、アウターヨーク１５０は所定間隔を空けて対向して配置された側壁部１５２、１５３を有する。マグネット１６０は、アウターヨーク１５０に非磁性体１７０を介して設けられ、アウターヨーク１５０の対向する内壁面に、それぞれ異なる磁極を対向させて、エアギャップを介して配置されている。可動体１１０には、シャフト１８０が設けられている。固定体１２０は、エアギャップに配置され、マグネット１６０を周回するコイル１２８を有する。固定体１２０は、可動体１１０を、弾性体１３０を介して可動自在に支持する。交流供給部１４０は、可動体１１０の共振周波数に略等しい周波数の交流をコイル１２８に供給する。
【解決手段】可動体１１０では、アウターヨーク１５０は所定間隔を空けて対向して配置された側壁部１５２、１５３を有する。マグネット１６０は、アウターヨーク１５０に非磁性体１７０を介して設けられ、アウターヨーク１５０の対向する内壁面に、それぞれ異なる磁極を対向させて、エアギャップを介して配置されている。可動体１１０には、シャフト１８０が設けられている。固定体１２０は、エアギャップに配置され、マグネット１６０を周回するコイル１２８を有する。固定体１２０は、可動体１１０を、弾性体１３０を介して可動自在に支持する。交流供給部１４０は、可動体１１０の共振周波数に略等しい周波数の交流をコイル１２８に供給する。
【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、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と、前記アウターヨークに設けられ、前記対向する内壁面のそれぞれにエアギャップを介して異なる磁極面が対向する磁石とを有する可動体と、前記可動体に設けられた出力軸と、前記エアギャップに配置され、前記磁石を周回するコイルを有する固定体と、前記固定体に前記可動体を可動自在に支持する弾性支持部と、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する構成を採る。
【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を示す斜視図である。図２は、同アクチュエータの要部分解斜視図である。図３は、アクチュエータ１００における可動体及び固定体の構成を示す概略断面図である。
【００１７】
図１に示すように、アクチュエータ１００は、可動体１１０と、固定体１２０と、固定体１２０に可動体１１０を可動自在に支持する弾性体１３０と、交流供給部１４０（図２及び図３）とを有する。
【００１８】
可動体１１０は、アウターヨーク１５０と、マグネット１６０と、弾性体接続部１７２、１７４と、可動体１１０に設けられた回転往復振動伝達シャフト（以下、「シャフト」という）１８０と、を有する。
【００１９】
固定体１２０は、基台１２２と、支持壁部１２４、１２６と、コイル１２８（図２参照）とを有する。固定体１２０では、シャフト１８０の延在方向に沿って長い矩形板状をなす基台１２２の表面中央部にコイル１２８が配置されている。また、基台１２２の長手方向で離間する端辺部から支持壁部１２４、１２６が立設されている。なお、コイル１２８には、図２に示すように交流供給部１４０から交流電源が供給される。
【００２０】
図２及び図３に示すように、アウターヨーク１５０は、ここでは、断面略Ｕ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１５０は、矩形板状のヨーク中央部１５１と、ヨーク中央部１５１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１５２、１５３とを有する。
【００２１】
アウターヨーク１５０は、図１及び図２に示すように、アウターヨーク１５０の長手方向（シャフト１８０の延在方向に相当）で離間する端部（両側辺部の延在方向で離間する端部）に、弾性体１３０を介して支持壁部１２４、１２６に接続される弾性体接続部１７２、１７４が取り付けられている。
【００２２】
弾性体接続部１７２、１７４の一方にはアウターヨーク１５０の延在方向と同方向で突出するシャフト１８０が取り付けられている。すなわち、シャフト１８０は、アウターヨーク１５０に取り付けられた弾性体接続部１７４から、マグネット１６０と側壁部１５２、１５３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。なお、弾性体接続部１７２、１７４は非磁性体にすることが望ましい。
【００２３】
このようにシャフト１８０は、弾性体接続部１７４を介してアウターヨーク１５０に固定されることによって、可動体１１０の重心を通る軸線上に位置するように可動体１１０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１８０は、可動体１１０とともに回転往復振動し、その振動を外部に伝達する。
【００２４】
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１８０には、シャフト１８０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１８０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。
【００２５】
マグネット１６０は、図３に示すように、アウターヨーク１５０のヨーク中央部１５１における裏面の中央部分に、アウターヨーク１５０の対向する側壁部１５２、１５３間にエアギャップが形成されるように、非磁性体１７０を介して取り付けられている。なお、マグネット１６０は、アウターヨーク１５０に、非磁性体１７０を介さずにアクチュエータ１５０の対向する側壁部１５２、１５３間にエアギャップが形成されるように設けても良い。
【００２６】
マグネット１６０は、ヨーク中央部１５１から垂下するように設けられ、側壁部１５２、１５３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。
【００２７】
ここでは、マグネット１６０のＮ極側が、アウターヨーク１５０の側壁部１５２の内壁面に対向し、Ｓ極側が、アウターヨーク１５０の側壁部１５３の内壁面に対向している。
【００２８】
また、マグネット１６０は、アウターヨーク１５０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１７０を介してヨーク中央部１５１に、当該ヨーク中央部１５１の延在方向に沿って取り付けられている。
【００２９】
これにより、マグネット１６０は、アウターヨーク１５０の長手方向の長さと同様の長さを有し、対向する側壁部１５２、１５３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ている。
【００３０】
マグネット１６０とアウターヨーク１５０の側壁部１５２、１５３との間のエアギャップには、マグネット１６０の両側壁面（磁極面）１６０ａ、１６０ｂ、側壁部１５２、１５３の内壁面及びヨーク中央部１５１の裏面とのそれぞれから離間して、マグネット１６０を周回するコイル１２８が配置されている。
【００３１】
コイル１２８は、ここでは、ボイスコイルであり、マグネット１６０の周囲を囲むように巻回されている。具体的には、コイル１２８は、エアギャップ内で、マグネット１６０と側壁部１５２、１５３との対向方向と直交する方向に巻回されている。
【００３２】
このコイル１２８が設けられる基台１２２に立設される支持壁部１２４、１２６は、図１及び図２に示すように、基台１２２の長手方向で離間する両端辺部から立ち上がるリブ１２２ａ、１２２ｂ上に配設されている。支持壁部１２６は、可動体１１０のシャフト１８０が挿通する開口部１２６ａを有する。
【００３３】
この支持壁部１２６の開口部１２６ａにシャフト１８０を挿通させて、支持壁部１２４、１２６は、弾性体接続部１７２、１７４との間に架設される弾性体１３０を介して、可動体１１０を、通常状態では、略水平方向（基台１２２と略平行）に保持する。
【００３４】
弾性体１３０は、支持壁部１２４、１２６の対向領域において、可動体１１０を、左右前後方向に変位自在に支持して、可動体１１０を、マグネット１６０及びシャフト１８０のねじり方向に支持している。ここでは、弾性体１３０は、支持壁部１２４、１２６どうしで対向する面の上下端部において略水平に、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、弾性体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配置され、弾性体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する。
【００３５】
このように構成された弾性体１３０を介して、可動体１１０は、側辺部と直交する端部の上下辺部分で、固定体１２０の支持壁部１２４、１２６のそれぞれに、ねじり方向に可動自在に支持されている。
【００３６】
可動体１１０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１１０は、固定体１２０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。
【００３７】
【数１】
本実施の形態のアクチュエータ１００は、交流供給部１４０によって、コイル１２８に可動体１１０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１１０を効率良く駆動させることができる。
【００３８】
可動体１１０及び固定体１２０では、アウターヨーク１５０、マグネット１６０及びコイル１２８が、磁気回路を形成する。
【００３９】
図３に示すように、アクチュエータ１００では、マグネット１６０から発生した磁束（白抜き矢印で示す）は、コイル１２８が配置されるエアギャップ、アウターヨーク１５０の側壁部１５２、ヨーク中央部１５１、側壁部１５３、反対側のエアギャップを順に通る磁気回路となっている。
【００４０】
次に、アクチュエータ１００の動作を説明する。
【００４１】
本アクチュエータ１００における可動体１１０は、弾性体１３０を介して固定体１２０により支持されるバネマス系構造であり、コイル１２８に可動体１１０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１１０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１１０のシャフト１８０に伝達される。
【００４２】
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。
【００４３】
【数２】
【００４４】
【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。
【００４５】
図４は、本実施の形態１に係るアクチュエータの動作を説明するための模式図である。なお、図４（ａ）では白抜き矢印でマグネットによる磁気回路の磁束の流れを示しているが、図４（ｂ）〜図（ｄ）では同様の流れであるため、図示省略している。
【００４６】
コイル１２８に交流供給部１４０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１２８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１２８を有する基台１２２及び支持壁部１２４、１２６に弾性体１３０を介して取り付けられている可動体１１０には、回転重心を軸中心とした回転力が発生する。
【００４７】
アクチュエータ１００の１周期分の動作について説明する。
【００４８】
図４（ａ）に示す向きでコイル１２８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１６０のＮ極面１６０ａに対向するコイル１２８の部分１２８ａには、上向き（アウターヨーク１５０側の方向）に推力Ｆ１が発生し、マグネット１６０のＳ極面１６０ｂに対向するコイル１２８の部分１２８ｂには、下向き（基台１２２側の方向）に推力Ｆ２が発生する。
【００４９】
これにより、コイル１２８を有する基台１２２から立ち上がる支持壁部１２４、１２６（図１及び図２参照）に弾性体１３０を介して支持された可動体１１０に相対的に回転する力が発生し、可動体１１０は、図４（ｂ）に示す位置となるように可動する。
【００５０】
図４（ｂ）に示す状態のアクチュエータ１００では、弾性体１３０の復元力により矢印Ｒ１、Ｒ２の反力が発生する。図４（ｂ）に示す状態から図４（ｄ）に示す状態までは、コイル１２８に図４（ａ）とは逆方向の電流が供給される。これにより、可動体１１０は、図４（ｂ）の状態から図４（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１２０に対して時計回りに回転する。また、可動体１１０は、図４（ｃ）の状態から図４（ｄ）の状態までは、矢印Ｆ３、Ｆ４で示す推力によって、固定体１２０に対して時計回りに回転する。
【００５１】
図４（ｄ）に示す状態のアクチュエータ１００では、弾性体１３０の復元力により矢印Ｒ３、Ｒ４の反力が発生する。図４（ｄ）に示す状態から図４（ａ）に示す状態を経て図４（ｂ）に示す状態までは、コイル１２８に順方向電流が供給される。これにより、可動体１１０は、図４（ｄ）の状態から図４（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１２０に対して反時計回りに回転する。また、可動体１１０は、図４（ａ）の状態から図４（ｂ）の状態までは、矢印Ｆ１、Ｆ２で示す推力によって、固定体１２０に対して反時計回りに回転する。
【００５２】
次に、図４の各状態で供給される交流電流について簡単に説明する。
【００５３】
コイルに流れる交流は、図５（ａ）に示すように周波数ｆ０のパルス波でもよいし、図５（ｂ）に示すように周波数ｆ０の正弦波でもよい。
【００５４】
図４（ａ）の状態では、図５に示す時点ｔ１の順方向の電流が供給され、図４（ｂ）の状態では図５の時点ｔ２で示すように電流の向きが切り替えられ、図４（ｃ）の状態では、図５に示す時点ｔ３の逆方向の電流が供給される。また、図４（ｄ）の状態では、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、図４（ｄ）の状態では、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１１０が回転往復振動される。
【００５５】
アクチュエータ１００では、可動体１１０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１８０を介して外部に出力される。シャフト１８０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。
【００５６】
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１１０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。
【００５７】
また、アクチュエータ１００では、マグネット１６０は、アウターヨーク１５０に対して、側壁部１５２、１５３の間に、異なる磁極面をそれぞれの側壁部１５２、１５３に対向するように設け、コイル１２８の内部に配置されることで磁気回路を形成している。本実施の形態の磁気回路を形成する場合、複数のマグネットを側壁部１５２、１５３の内壁面に取り付ける場合と比べて、マグネットの個数を減らすことができ、組立性の向上及びコストの削減を図ることができる。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。
【００５８】
（実施の形態２）
図６は、本発明に係る実施の形態２のアクチュエータを示す斜視図、図７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１００Ａ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。
【００５９】
アクチュエータ１００Ａは、アクチュエータ１００において、可動体１１０を固定体１２０に回動自在に軸支した構成である。ここでは、アクチュエータ１００の構成において、シャフト１８０と同一軸心で回動自在に軸支している。
【００６０】
すなわち、アクチュエータ１００Ａは、アクチュエータ１００の構成においてシャフト１８０が挿通される支持壁部１２６の開口部１２６ａに軸受１２６ｂを取り付けている。支持壁部１２６は、軸受１２６ｂを介してシャフト１８０を回動自在に支持している。また、シャフト１８０において支持壁部１２６から突出する部位にはブッシュ１２６ｃが外嵌されている。
【００６１】
さらに、アウターヨーク１５０に取り付けられる弾性体接続部１７２に、シャフト１８０と同軸心上に配置される支持軸部１７２ａが、シャフト１８０の突出方向とは逆方向に突設されている。支持軸部１７２ａはシャフトと略同一の外径を有する。
【００６２】
この弾性体接続部１７２に対して、弾性体１３０を介して接続される支持壁部１２４には、支持軸部１７２ａを挿通する軸受１２４ａが取り付けられている。支持壁部１２４の軸受１２４ａに挿通された支持軸部１７２ａの端部には、支持壁部１２４の裏面側で、ブッシュ１２４ｂが外嵌されている。
【００６３】
このようにアクチュエータ１００Ａでは、可動体１１０は、支持軸部１７２ａ及びシャフト１８０で支持壁部１２４、１２６に回動自在に軸支されている。このため、アクチュエータ１００Ａでは、コイル１２８に交流供給部１４０から交流が供給され、固定体１２０に対してシャフト１８０の軸心を中心に安定して回転往復振動することとなる。
【００６４】
よって、回転及び軸方向のみ自由度を持ち、アクチュエータ１００Ａ自体の耐衝撃性を向上させるとともに可動体１１０を安定して回転往復振動させることができる。
【００６５】
また、アクチュエータ１００Ａでは、可動体１１０の可動運動を伝達して出力するシャフト１８０が、可動体１１０を固定体１２０に軸支させる軸部として用いられている。
【００６６】
（実施の形態３）
図８は、本発明に係る実施の形態３のアクチュエータを示す斜視図、図９は同アクチュエータの分解斜視図、図１０は、同アクチュエータに用いられる粘弾性体としてのエラストマーを示す図である。なお、図８及び図９に示すアクチュエータ１００Ｂは、図６及び図７に示す実施の形態２に対応するアクチュエータ１００Ａにおいて、弾性体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。
【００６７】
アクチュエータ１００Ｂでは、アクチュエータ１００Ａの構成において、実施の形態１におけるアクチュエータ１００の弾性体１３０と同様のジグザグバネである弾性体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。
【００６８】
エラストマー１９７は、図１０に示すように、支持軸部１７２ａとシャフト１８０と挿通する挿通口１９８を備えた中央部１９７ａと、中央部１９７ａから支持軸部１７２ａ及びシャフト１８０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。
【００６９】
エラストマー１９７は、支持壁部１２４（１２６）と弾性体接続部１７２（１７４）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１２４（１２６）と弾性体接続部１７２（１７４）の突起が嵌入されている。なお、図９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１２４に形成された突起１２４ｃ及び弾性体接続部１７４に形成された突起１７４ｃのみを示す。図示しないが、支持壁部１２４の突起１２４ｃと同様の突起が支持壁部１２６に形成され、弾性体接続部１７４の突起１７４ｃと同様の突起が弾性体接続部１７２に形成されている。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に弾性接続部１７４（１７２）の突起１７４ｃ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１２４（１２６）の突起１２４ｃが圧入により嵌合されている。
【００７０】
アクチュエータ１００Ｂによれば、実施の形態２と同様の効果を得ることができるとともに、エラストマー１９７は、支持壁部１２４（１２６）と弾性体接続部１７２（１７４）との間に配置して、支持壁部１２４（１２６）と弾性体接続部１７２（１７４）の突起（図では１２４ｃ、１７４ｃ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、ジグザグバネ等の金属バネを用いた場合と異なり、ネジによる締結又は接着などの煩雑な取り付け工程を必要とすることなく、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。
【００７１】
また、上記各実施の形態におけるアウターヨーク１５０は、マグネット１６０の異なる磁極でそれぞれ対向する内壁面を有し、コイル１２８と、マグネット１６０とで磁気回路を形成すれば、どのように構成してもよく、アウターヨーク１５０全体を断面円弧状に形成してもよいし、ヨーク本体部を円弧状に形成してもよい。
【００７２】
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】
【００７３】
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】
【００７４】
【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】同アクチュエータの要部分解斜視図
【図３】同アクチュエータにおける可動体及び固定体の構成を示す概略断面図
【図４】同アクチュエータの動作を説明するための模式図
【図５】同アウターヨークにおいて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のアクチュエータを示す斜視図
【図７】同アクチュエータの分解斜視図
【図８】本発明に係る実施の形態３のアクチュエータを示す斜視図
【図９】同アクチュエータの分解斜視図
【図１０】同アクチュエータに用いられる粘弾性体であるエラストマーを示す図
【符号の説明】
【００７５】
１００、１００Ａ、１００Ｂ アクチュエータ
１１０ 可動体
１２０ 固定体
１２８ コイル
１３０ 弾性体
１４０ 交流供給部
１５０ アウターヨーク
１６０ マグネット
１７０ 非磁性体
１８０ シャフト
１７２ａ 支持軸部
１２４ａ 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、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と、前記アウターヨークに設けられ、前記対向する内壁面のそれぞれにエアギャップを介して異なる磁極面が対向する磁石とを有する可動体と、前記可動体に設けられた出力軸と、前記エアギャップに配置され、前記磁石を周回するコイルを有する固定体と、前記固定体に前記可動体を可動自在に支持する弾性支持部と、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する構成を採る。
【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を示す斜視図である。図２は、同アクチュエータの要部分解斜視図である。図３は、アクチュエータ１００における可動体及び固定体の構成を示す概略断面図である。
【００１７】
図１に示すように、アクチュエータ１００は、可動体１１０と、固定体１２０と、固定体１２０に可動体１１０を可動自在に支持する弾性体１３０と、交流供給部１４０（図２及び図３）とを有する。
【００１８】
可動体１１０は、アウターヨーク１５０と、マグネット１６０と、弾性体接続部１７２、１７４と、可動体１１０に設けられた回転往復振動伝達シャフト（以下、「シャフト」という）１８０と、を有する。
【００１９】
固定体１２０は、基台１２２と、支持壁部１２４、１２６と、コイル１２８（図２参照）とを有する。固定体１２０では、シャフト１８０の延在方向に沿って長い矩形板状をなす基台１２２の表面中央部にコイル１２８が配置されている。また、基台１２２の長手方向で離間する端辺部から支持壁部１２４、１２６が立設されている。なお、コイル１２８には、図２に示すように交流供給部１４０から交流電源が供給される。
【００２０】
図２及び図３に示すように、アウターヨーク１５０は、ここでは、断面略Ｕ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１５０は、矩形板状のヨーク中央部１５１と、ヨーク中央部１５１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１５２、１５３とを有する。
【００２１】
アウターヨーク１５０は、図１及び図２に示すように、アウターヨーク１５０の長手方向（シャフト１８０の延在方向に相当）で離間する端部（両側辺部の延在方向で離間する端部）に、弾性体１３０を介して支持壁部１２４、１２６に接続される弾性体接続部１７２、１７４が取り付けられている。
【００２２】
弾性体接続部１７２、１７４の一方にはアウターヨーク１５０の延在方向と同方向で突出するシャフト１８０が取り付けられている。すなわち、シャフト１８０は、アウターヨーク１５０に取り付けられた弾性体接続部１７４から、マグネット１６０と側壁部１５２、１５３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。なお、弾性体接続部１７２、１７４は非磁性体にすることが望ましい。
【００２３】
このようにシャフト１８０は、弾性体接続部１７４を介してアウターヨーク１５０に固定されることによって、可動体１１０の重心を通る軸線上に位置するように可動体１１０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１８０は、可動体１１０とともに回転往復振動し、その振動を外部に伝達する。
【００２４】
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１８０には、シャフト１８０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１８０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。
【００２５】
マグネット１６０は、図３に示すように、アウターヨーク１５０のヨーク中央部１５１における裏面の中央部分に、アウターヨーク１５０の対向する側壁部１５２、１５３間にエアギャップが形成されるように、非磁性体１７０を介して取り付けられている。なお、マグネット１６０は、アウターヨーク１５０に、非磁性体１７０を介さずにアクチュエータ１５０の対向する側壁部１５２、１５３間にエアギャップが形成されるように設けても良い。
【００２６】
マグネット１６０は、ヨーク中央部１５１から垂下するように設けられ、側壁部１５２、１５３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。
【００２７】
ここでは、マグネット１６０のＮ極側が、アウターヨーク１５０の側壁部１５２の内壁面に対向し、Ｓ極側が、アウターヨーク１５０の側壁部１５３の内壁面に対向している。
【００２８】
また、マグネット１６０は、アウターヨーク１５０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１７０を介してヨーク中央部１５１に、当該ヨーク中央部１５１の延在方向に沿って取り付けられている。
【００２９】
これにより、マグネット１６０は、アウターヨーク１５０の長手方向の長さと同様の長さを有し、対向する側壁部１５２、１５３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ている。
【００３０】
マグネット１６０とアウターヨーク１５０の側壁部１５２、１５３との間のエアギャップには、マグネット１６０の両側壁面（磁極面）１６０ａ、１６０ｂ、側壁部１５２、１５３の内壁面及びヨーク中央部１５１の裏面とのそれぞれから離間して、マグネット１６０を周回するコイル１２８が配置されている。
【００３１】
コイル１２８は、ここでは、ボイスコイルであり、マグネット１６０の周囲を囲むように巻回されている。具体的には、コイル１２８は、エアギャップ内で、マグネット１６０と側壁部１５２、１５３との対向方向と直交する方向に巻回されている。
【００３２】
このコイル１２８が設けられる基台１２２に立設される支持壁部１２４、１２６は、図１及び図２に示すように、基台１２２の長手方向で離間する両端辺部から立ち上がるリブ１２２ａ、１２２ｂ上に配設されている。支持壁部１２６は、可動体１１０のシャフト１８０が挿通する開口部１２６ａを有する。
【００３３】
この支持壁部１２６の開口部１２６ａにシャフト１８０を挿通させて、支持壁部１２４、１２６は、弾性体接続部１７２、１７４との間に架設される弾性体１３０を介して、可動体１１０を、通常状態では、略水平方向（基台１２２と略平行）に保持する。
【００３４】
弾性体１３０は、支持壁部１２４、１２６の対向領域において、可動体１１０を、左右前後方向に変位自在に支持して、可動体１１０を、マグネット１６０及びシャフト１８０のねじり方向に支持している。ここでは、弾性体１３０は、支持壁部１２４、１２６どうしで対向する面の上下端部において略水平に、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、弾性体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配置され、弾性体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する。
【００３５】
このように構成された弾性体１３０を介して、可動体１１０は、側辺部と直交する端部の上下辺部分で、固定体１２０の支持壁部１２４、１２６のそれぞれに、ねじり方向に可動自在に支持されている。
【００３６】
可動体１１０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１１０は、固定体１２０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。
【００３７】
【数１】
本実施の形態のアクチュエータ１００は、交流供給部１４０によって、コイル１２８に可動体１１０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１１０を効率良く駆動させることができる。
【００３８】
可動体１１０及び固定体１２０では、アウターヨーク１５０、マグネット１６０及びコイル１２８が、磁気回路を形成する。
【００３９】
図３に示すように、アクチュエータ１００では、マグネット１６０から発生した磁束（白抜き矢印で示す）は、コイル１２８が配置されるエアギャップ、アウターヨーク１５０の側壁部１５２、ヨーク中央部１５１、側壁部１５３、反対側のエアギャップを順に通る磁気回路となっている。
【００４０】
次に、アクチュエータ１００の動作を説明する。
【００４１】
本アクチュエータ１００における可動体１１０は、弾性体１３０を介して固定体１２０により支持されるバネマス系構造であり、コイル１２８に可動体１１０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１１０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１１０のシャフト１８０に伝達される。
【００４２】
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。
【００４３】
【数２】
【００４４】
【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。
【００４５】
図４は、本実施の形態１に係るアクチュエータの動作を説明するための模式図である。なお、図４（ａ）では白抜き矢印でマグネットによる磁気回路の磁束の流れを示しているが、図４（ｂ）〜図（ｄ）では同様の流れであるため、図示省略している。
【００４６】
コイル１２８に交流供給部１４０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１２８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１２８を有する基台１２２及び支持壁部１２４、１２６に弾性体１３０を介して取り付けられている可動体１１０には、回転重心を軸中心とした回転力が発生する。
【００４７】
アクチュエータ１００の１周期分の動作について説明する。
【００４８】
図４（ａ）に示す向きでコイル１２８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１６０のＮ極面１６０ａに対向するコイル１２８の部分１２８ａには、上向き（アウターヨーク１５０側の方向）に推力Ｆ１が発生し、マグネット１６０のＳ極面１６０ｂに対向するコイル１２８の部分１２８ｂには、下向き（基台１２２側の方向）に推力Ｆ２が発生する。
【００４９】
これにより、コイル１２８を有する基台１２２から立ち上がる支持壁部１２４、１２６（図１及び図２参照）に弾性体１３０を介して支持された可動体１１０に相対的に回転する力が発生し、可動体１１０は、図４（ｂ）に示す位置となるように可動する。
【００５０】
図４（ｂ）に示す状態のアクチュエータ１００では、弾性体１３０の復元力により矢印Ｒ１、Ｒ２の反力が発生する。図４（ｂ）に示す状態から図４（ｄ）に示す状態までは、コイル１２８に図４（ａ）とは逆方向の電流が供給される。これにより、可動体１１０は、図４（ｂ）の状態から図４（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１２０に対して時計回りに回転する。また、可動体１１０は、図４（ｃ）の状態から図４（ｄ）の状態までは、矢印Ｆ３、Ｆ４で示す推力によって、固定体１２０に対して時計回りに回転する。
【００５１】
図４（ｄ）に示す状態のアクチュエータ１００では、弾性体１３０の復元力により矢印Ｒ３、Ｒ４の反力が発生する。図４（ｄ）に示す状態から図４（ａ）に示す状態を経て図４（ｂ）に示す状態までは、コイル１２８に順方向電流が供給される。これにより、可動体１１０は、図４（ｄ）の状態から図４（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１２０に対して反時計回りに回転する。また、可動体１１０は、図４（ａ）の状態から図４（ｂ）の状態までは、矢印Ｆ１、Ｆ２で示す推力によって、固定体１２０に対して反時計回りに回転する。
【００５２】
次に、図４の各状態で供給される交流電流について簡単に説明する。
【００５３】
コイルに流れる交流は、図５（ａ）に示すように周波数ｆ０のパルス波でもよいし、図５（ｂ）に示すように周波数ｆ０の正弦波でもよい。
【００５４】
図４（ａ）の状態では、図５に示す時点ｔ１の順方向の電流が供給され、図４（ｂ）の状態では図５の時点ｔ２で示すように電流の向きが切り替えられ、図４（ｃ）の状態では、図５に示す時点ｔ３の逆方向の電流が供給される。また、図４（ｄ）の状態では、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、図４（ｄ）の状態では、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１１０が回転往復振動される。
【００５５】
アクチュエータ１００では、可動体１１０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１８０を介して外部に出力される。シャフト１８０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。
【００５６】
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１１０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。
【００５７】
また、アクチュエータ１００では、マグネット１６０は、アウターヨーク１５０に対して、側壁部１５２、１５３の間に、異なる磁極面をそれぞれの側壁部１５２、１５３に対向するように設け、コイル１２８の内部に配置されることで磁気回路を形成している。本実施の形態の磁気回路を形成する場合、複数のマグネットを側壁部１５２、１５３の内壁面に取り付ける場合と比べて、マグネットの個数を減らすことができ、組立性の向上及びコストの削減を図ることができる。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。
【００５８】
（実施の形態２）
図６は、本発明に係る実施の形態２のアクチュエータを示す斜視図、図７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１００Ａ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。
【００５９】
アクチュエータ１００Ａは、アクチュエータ１００において、可動体１１０を固定体１２０に回動自在に軸支した構成である。ここでは、アクチュエータ１００の構成において、シャフト１８０と同一軸心で回動自在に軸支している。
【００６０】
すなわち、アクチュエータ１００Ａは、アクチュエータ１００の構成においてシャフト１８０が挿通される支持壁部１２６の開口部１２６ａに軸受１２６ｂを取り付けている。支持壁部１２６は、軸受１２６ｂを介してシャフト１８０を回動自在に支持している。また、シャフト１８０において支持壁部１２６から突出する部位にはブッシュ１２６ｃが外嵌されている。
【００６１】
さらに、アウターヨーク１５０に取り付けられる弾性体接続部１７２に、シャフト１８０と同軸心上に配置される支持軸部１７２ａが、シャフト１８０の突出方向とは逆方向に突設されている。支持軸部１７２ａはシャフトと略同一の外径を有する。
【００６２】
この弾性体接続部１７２に対して、弾性体１３０を介して接続される支持壁部１２４には、支持軸部１７２ａを挿通する軸受１２４ａが取り付けられている。支持壁部１２４の軸受１２４ａに挿通された支持軸部１７２ａの端部には、支持壁部１２４の裏面側で、ブッシュ１２４ｂが外嵌されている。
【００６３】
このようにアクチュエータ１００Ａでは、可動体１１０は、支持軸部１７２ａ及びシャフト１８０で支持壁部１２４、１２６に回動自在に軸支されている。このため、アクチュエータ１００Ａでは、コイル１２８に交流供給部１４０から交流が供給され、固定体１２０に対してシャフト１８０の軸心を中心に安定して回転往復振動することとなる。
【００６４】
よって、回転及び軸方向のみ自由度を持ち、アクチュエータ１００Ａ自体の耐衝撃性を向上させるとともに可動体１１０を安定して回転往復振動させることができる。
【００６５】
また、アクチュエータ１００Ａでは、可動体１１０の可動運動を伝達して出力するシャフト１８０が、可動体１１０を固定体１２０に軸支させる軸部として用いられている。
【００６６】
（実施の形態３）
図８は、本発明に係る実施の形態３のアクチュエータを示す斜視図、図９は同アクチュエータの分解斜視図、図１０は、同アクチュエータに用いられる粘弾性体としてのエラストマーを示す図である。なお、図８及び図９に示すアクチュエータ１００Ｂは、図６及び図７に示す実施の形態２に対応するアクチュエータ１００Ａにおいて、弾性体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。
【００６７】
アクチュエータ１００Ｂでは、アクチュエータ１００Ａの構成において、実施の形態１におけるアクチュエータ１００の弾性体１３０と同様のジグザグバネである弾性体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。
【００６８】
エラストマー１９７は、図１０に示すように、支持軸部１７２ａとシャフト１８０と挿通する挿通口１９８を備えた中央部１９７ａと、中央部１９７ａから支持軸部１７２ａ及びシャフト１８０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。
【００６９】
エラストマー１９７は、支持壁部１２４（１２６）と弾性体接続部１７２（１７４）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１２４（１２６）と弾性体接続部１７２（１７４）の突起が嵌入されている。なお、図９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１２４に形成された突起１２４ｃ及び弾性体接続部１７４に形成された突起１７４ｃのみを示す。図示しないが、支持壁部１２４の突起１２４ｃと同様の突起が支持壁部１２６に形成され、弾性体接続部１７４の突起１７４ｃと同様の突起が弾性体接続部１７２に形成されている。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に弾性接続部１７４（１７２）の突起１７４ｃ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１２４（１２６）の突起１２４ｃが圧入により嵌合されている。
【００７０】
アクチュエータ１００Ｂによれば、実施の形態２と同様の効果を得ることができるとともに、エラストマー１９７は、支持壁部１２４（１２６）と弾性体接続部１７２（１７４）との間に配置して、支持壁部１２４（１２６）と弾性体接続部１７２（１７４）の突起（図では１２４ｃ、１７４ｃ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、ジグザグバネ等の金属バネを用いた場合と異なり、ネジによる締結又は接着などの煩雑な取り付け工程を必要とすることなく、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。
【００７１】
また、上記各実施の形態におけるアウターヨーク１５０は、マグネット１６０の異なる磁極でそれぞれ対向する内壁面を有し、コイル１２８と、マグネット１６０とで磁気回路を形成すれば、どのように構成してもよく、アウターヨーク１５０全体を断面円弧状に形成してもよいし、ヨーク本体部を円弧状に形成してもよい。
【００７２】
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】
【００７３】
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】
【００７４】
【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】同アクチュエータの要部分解斜視図
【図３】同アクチュエータにおける可動体及び固定体の構成を示す概略断面図
【図４】同アクチュエータの動作を説明するための模式図
【図５】同アウターヨークにおいて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のアクチュエータを示す斜視図
【図７】同アクチュエータの分解斜視図
【図８】本発明に係る実施の形態３のアクチュエータを示す斜視図
【図９】同アクチュエータの分解斜視図
【図１０】同アクチュエータに用いられる粘弾性体であるエラストマーを示す図
【符号の説明】
【００７５】
１００、１００Ａ、１００Ｂ アクチュエータ
１１０ 可動体
１２０ 固定体
１２８ コイル
１３０ 弾性体
１４０ 交流供給部
１５０ アウターヨーク
１６０ マグネット
１７０ 非磁性体
１８０ シャフト
１７２ａ 支持軸部
１２４ａ 軸受
１９７ エラストマー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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と、前記アウターヨークに設けられ、前記対向する内壁面のそれぞれにエアギャップを介して異なる磁極面が対向する磁石とを有する可動体と、
前記可動体に設けられた出力軸と、
前記エアギャップに配置され、前記磁石を周回するコイルを有する固定体と、
前記固定体に前記可動体を可動自在に支持する弾性支持部と、
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、
を有するアクチュエータ。
【請求項２】
前記磁石は、前記アウターヨークに非磁性体を介して設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１記載のアクチュエータ。
【請求項４】
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５】
請求項１から４のいずれか１項に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】
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と、前記アウターヨークに設けられ、前記対向する内壁面のそれぞれにエアギャップを介して異なる磁極面が対向する磁石とを有する可動体と、
前記可動体に設けられた出力軸と、
前記エアギャップに配置され、前記磁石を周回するコイルを有する固定体と、
前記固定体に前記可動体を可動自在に支持する弾性支持部と、
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、
を有するアクチュエータ。
【請求項２】
前記磁石は、前記アウターヨークに非磁性体を介して設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１記載のアクチュエータ。
【請求項４】
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５】
請求項１から４のいずれか１項に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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１１６０４（Ｐ２０１０−１１６０４Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６６５３５（Ｐ２００８−１６６５３５）
【出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【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１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
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