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１６０では、アウターヨーク１１０に、所定間隔を空けて対向して配置された内壁面１１２ａ、１１３ａを有しこれら対向する内壁面１１２ａ、１１３ａにそれぞれ磁極が異なるマグネット１２１、１２３を対向して設けている。可動体１６０は、マグネット１２１、１２４間にエアギャップを介して配置されたセンターヨーク１４０を有する。可動体１６０には、シャフト１５０が設けられている。固定体１８０は、エアギャップに配置され、センターヨーク１４０を周回するコイル１７０を有する。固定体１８０は、可動体１６０を弾性体１９０を介して可動自在に支持する。交流供給部１９５は、可動体１６０の共振周波数に略等しい周波数の交流をコイル１７０に供給する。
【解決手段】可動体１６０では、アウターヨーク１１０に、所定間隔を空けて対向して配置された内壁面１１２ａ、１１３ａを有しこれら対向する内壁面１１２ａ、１１３ａにそれぞれ磁極が異なるマグネット１２１、１２３を対向して設けている。可動体１６０は、マグネット１２１、１２４間にエアギャップを介して配置されたセンターヨーク１４０を有する。可動体１６０には、シャフト１５０が設けられている。固定体１８０は、エアギャップに配置され、センターヨーク１４０を周回するコイル１７０を有する。固定体１８０は、可動体１６０を弾性体１９０を介して可動自在に支持する。交流供給部１９５は、可動体１６０の共振周波数に略等しい周波数の交流をコイル１７０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して配置された内壁面を有しこれら対向する内壁面にそれぞれ磁極が異なる磁石を対向して設けたアウターヨーク、前記磁石間にエアギャップを介して配置された磁性体を有する可動体と、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、前記磁性体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１６０と、固定体１８０と、固定体１８０に可動体１６０を可動自在に支持する弾性体１９０と、交流供給部１９５（図２及び図３）とを有する。
【００１８】
可動体１６０は、アウターヨーク１１０と、マグネット１２１、１２３（図２及び図３）と、非磁性体１３０と、センターヨーク１４０と、弾性体接続部１６２、１６４と、可動体１６０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）１５０と、を有する。
【００１９】
固定体１８０は、基台１８２と、支持壁１８４、１８６と、コイル１７０とを有する。固定体１８０では、シャフト１５０の延在方向に沿って長い矩形板状をなす基台１８２の表面中央部にコイル１７０が配置されている。また、基台１８２の長手方向で離間する端辺部から支持壁部１８４、１８６が立設されている。なお、コイル１７０には、図２に示すように交流供給部１９５から交流電源が供給される。
【００２０】
図１から図３に示すように、アウターヨーク１１０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１１０は、矩形板状のヨーク中央部１１１と、ヨーク中央部１１１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１１２、１１３とを有する。
【００２１】
アウターヨーク１１０は、アウターヨーク１１０の長手方向（シャフト１５０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１９０を介して支持壁部１８４、１８６に接続される弾性体接続部１６２、１６４が取り付けられている。
【００２２】
弾性体接続部１６２、１６４の一方にはアウターヨーク１１０の延在方向と同方向で突出するシャフト１５０が取り付けられている。すなわち、シャフト１５０は、アウターヨーク１１０に取り付けられた弾性体接続部１６４から、センターヨーク１４０とマグネット１２１、１２３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。
【００２３】
このシャフト１５０は、可動体１６０の重心を通る軸線上に位置するように可動体１６０に取り付けられ、可動体１６０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１５０には、シャフト１５０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。
【００２５】
マグネット１２１、１２３は、図３に示すように、互いに異なる磁極が対向するように、アウターヨーク１１０の側壁部１１２、１１３における内壁面１１２ａ、１１３ａの略全面に渡って取り付けられている。本実施の形態の場合、マグネット１２１のＳ極と、マグネット１２３のＮ極が対向している。センターヨーク１４０は、磁性体であり、アウターヨーク１１０の中央部分に非磁性体１３０を介して取り付けられている。具体的には、磁性体であるセンターヨーク１４０は、マグネット１２１、１２３の間に、非磁性体１３０を介してヨーク中央部１１１から垂下するように設けられている。
【００２６】
センターヨーク１４０は、図３に示すように、アウターヨーク１１０の延在方向に延在し、側方で対向するマグネット１２１、１２３の対向領域と略同形状の領域の両側壁面を備える直方体である。センターヨーク１４０は、マグネット１２１、１２３とエアギャップが形成されるようにヨーク中央部１１１に固定されている。
【００２７】
センターヨーク１４０とマグネット１２１、１２３との間のエアギャップには、センターヨーク１４０の側壁面、マグネット１２１、１２３及びアウターヨーク１１０のヨーク中央部１１１とのそれぞれから離間して、センターヨーク１４０を周回するコイル１７０が配置されている。
【００２８】
コイル１７０は、ここでは、ボイスコイルであり、センターヨーク１４０の周囲を囲むように巻回されている。具体的には、コイル１７０は、センターヨーク１４０の側壁面、マグネット１２１、１２３の対向方向と直交する方向に巻回されている。
【００２９】
このコイル１７０が設けられる基台１８２に立設される支持壁部１８４、１８６は、図１及び図２に示すように、基台１８２の長手方向で離間する両端辺部から立ち上がるリブ上に配設されている。支持壁部１８６は、可動体１６０のシャフト１５０が挿通する開口部１８６ａを有する。
【００３０】
この支持壁部１８６の開口部１８６ａにシャフト１５０を挿通させて、支持壁部１８４、１８６は、弾性体接続部１６２、１６４との間に架設される弾性体１９０を介して、可動体１６０を、略水平方向に保持している。
【００３１】
弾性体１９０は、支持壁部１８４、１８６の対向領域において、可動体１６０を、左右前後方向に変位自在に支持して、可動体１６０を、センターヨーク１４０及びシャフト１５０のねじり方向に支持している。ここでは、弾性体１９０は、支持壁部１８４、１８６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１９０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１９０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。
【００３２】
このように構成された弾性体１９０を介して、可動体１６０は、側辺部と直交する端部の上下辺部分で、固定体１８０の支持壁部１８４、１８６のそれぞれに、ねじり方向に可動自在に支持されている。
【００３３】
可動体１６０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１６０は、固定体１８０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。
【００３４】
【数１】
本実施の形態のアクチュエータ１００は、交流供給部１９５によって、コイル１７０に可動体１６０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１６０を効率良く駆動させることができる。
【００３５】
可動体１６０及び固定体１８０では、アウターヨーク１１０、マグネット１２１、１２３、センターヨーク１４０及びコイル１７０が、磁気回路を形成する。
【００３６】
図４は、本実施の形態１のアクチュエータにおける磁気回路を示す磁束線図である。
【００３７】
図３及び図４に示すように、アクチュエータ１００では、一方のマグネットから発生した磁束（図３では白抜き矢印で示す）は、コイル１７０が配置されるエアギャップ、センターヨーク１４０、反対側のエアギャップを通り、他方のマグネット、アウターヨーク１１０を通る。
【００３８】
次に、アクチュエータ１００の動作を説明する。
【００３９】
本アクチュエータ１００における可動体１６０は、弾性体１９０を介して固定体１８０により支持されるバネマス系構造であり、コイル１７０に可動体１６０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１６０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１６０のシャフト１５０に伝達される。
【００４０】
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。
【００４１】
【数２】
【００４２】
【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。
【００４３】
図５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５（ａ）では白抜き矢印で磁気回路の磁束の流れを示しているが、図５（ｂ）〜図（ｄ）では同様の流れであるため、図示省略している。
【００４４】
コイル１７０に交流供給部１９５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１７０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１７０を有する基台１８２及び支持壁部１８４、１８６に弾性体１９０を介して取り付けられている可動体１６０には、回転重心を軸中心とした回転力が発生する。
【００４５】
アクチュエータ１００の１周期分の動作について説明する。
【００４６】
図５（ａ）に示す向きでコイル１７０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１２１に対向するコイル１７０の部分１７２には、上向き（アウターヨーク１１０側の方向）に推力Ｆ１が発生し、マグネット１２３に対向するコイル１７０の部分１７４には、下向き（基台１８２側の方向）に推力Ｆ２が発生する。
【００４７】
これにより、コイル１７０を有する基台１８２から立ち上がる支持壁部１８４、１８６（図１及び図２参照）に弾性体１９０を介して支持された可動体１６０に相対的に回転する力が発生し、可動体１６０は、図５（ｂ）に示す位置となるように可動する。
【００４８】
図５（ｂ）に示す状態のアクチュエータ１００では、弾性体１９０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１７０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１６０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１８０に対して時計回りに回転する。また、可動体１６０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１８０に対して時計回りに回転する。
【００４９】
図５（ｄ）に示す状態のアクチュエータ１００では、弾性体１９０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１７０に順方向電流が供給される。これにより、可動体１６０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１８０に対して反時計回りに回転する。また、可動体１６０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１８０に対して反時計回りに回転する。
【００５０】
次に、図５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。
【００５１】
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。
【００５２】
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１６０が回転往復振動される。
【００５３】
アクチュエータ１００では、可動体１６０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１５０を介して外部に出力される。シャフト１５０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。
【００５４】
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１６０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。また、アクチュエータ１００を有する電動歯ブラシでも同様の効果を得ることができ、歯ブラシ自体の小型化も図ることができる。
【００５５】
（実施の形態２）
図７は、本発明に係る実施の形態２のアクチュエータを示す要部断面図、図８は、同アクチュエータの要部構成により形成される磁気回路の磁束線を示す図である。なお図７に示す白抜き矢印は、磁束の流れを示している。
【００５６】
図７及び図８に示す実施の形態２のアクチュエータ１００Ａは、図１〜図５に示すアクチュエータ１００の構成において、非磁性体１３０を除いて、アウターヨーク１１０に直接センターヨーク１４０Ａを取り付けた構成を有する。
【００５７】
センターヨーク１４０Ａは、センターヨーク１４０と、非磁性体１３０とを合わせた大きさの磁性体である。
【００５８】
アクチュエータ１００Ａでは、所定間隔を空けて対向して配置された内壁面にそれぞれ磁極が異なるマグネット１２１、１２３を対向して設けられたアウターヨーク１１０に、マグネット１２１、１２３間にエアギャップを介して配置される磁性体であるセンターヨーク１４０Ａを一体的に設けている。その他の構成は、アクチュエータ１００の構成と同様であるため、同符号を付して説明は省略する。
【００５９】
すなわち、アクチュエータ１００Ａは、可動体１６０と、可動体１６０に設けられた出力軸と、エアギャップに配置され、センターヨーク１４０Ａを周回するコイル１７０を有する固定体１８０と、固定体１８０に可動体１６０を可動自在に支持する弾性支持部である弾性体１９０（図１及び図２参照）と、可動体１６０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１９５とを有している。
【００６０】
このように構成されたアクチュエータ１００Ａでは、可動体１６０は、アウターヨーク１１０及びセンターヨーク１４０Ａとで図７及び図８に示すＥ型の磁気回路を形成する。
【００６１】
アクチュエータ１００Ａの磁気回路は、実施の形態１に係るアクチュエータ１００の磁気回路とは異なる回路であるが、エアギャップ間を流れる磁束の流れ、つまり、マグネット１２１、１２３に対向するコイル１７０の部分における磁束の流れは、実施の形態１と同様のものとなり、実施の形態１と同様に回転往復振動を実現できるアクチュエータとなる。また、可動体１６０において、非磁性体１３０を介さずに、センターヨーク１４０Ａがアウターヨーク１１０に設けられているため、ヨーク中央部分の構成を簡易して、部品点数及び組立工数の削減を図ることができ、アクチュエータの低廉化を図ることができる。
【００６２】
（実施の形態３）
図９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１０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。
【００６３】
アクチュエータ１００Ｂは、アクチュエータ１００において、可動体１６０を固定体１８０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１５０と同一軸心で回動自在に軸支している。
【００６４】
すなわち、アクチュエータ１００Ｂは、アクチュエータ１００の構成においてシャフト１５０が挿通される支持壁部１８６の開口部１８６ａに軸受１８６ｂを取り付けている。支持壁部１８６は、軸受１８６ｂを介してシャフト１５０を回動自在に支持している。また、シャフト１５０において支持壁部１８６から突出する部位にはブッシュ１８６ｃが外嵌されている。
【００６５】
さらに、アウターヨーク１１０に取り付けられる弾性体接続部１６２に、シャフト１５０と同軸心上に配置される支持軸部１６２ａが、シャフト１５０の突出方向とは逆方向に突設されている。支持軸部１６２ａはシャフトと略同一の外径を有する。
【００６６】
この弾性体接続部１６２に対して、弾性体１９０を介して接続される支持壁部１８４には、支持軸部１６２ａを挿通する軸受１８４ａが取り付けられている。支持壁部１８４の軸受１８４ａに挿通された支持軸部１６２ａの端部には、支持壁部１８４の裏面側で、ブッシュ１８４ｂが外嵌されている。
【００６７】
このようにアクチュエータ１００Ｂでは、可動体１６０は、支持軸部１６２ａ及びシャフト１５０で支持壁部１８４、１８６に回動自在に軸支されている。このため、アクチュエータ１００Ｂでは、コイル１７０に交流供給部１９５から交流が供給され、固定体１８０に対してシャフト１５０の軸心を中心に安定して回転往復振動することとなる。
【００６８】
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１００自体の耐衝撃性を向上させるとともに可動体１６０を安定して回転往復振動させることができる。
【００６９】
また、アクチュエータ１００Ｂでは、可動体１６０の可動運動を伝達して出力するシャフト１５０が、可動体１６０を固定体１８０に軸支させる軸部として用いられている。
【００７０】
なお、このアクチュエータ１００Ｂでは、アウターヨーク１１０に非磁性体１３０を介してセンターヨーク１４０を固定した構造としたが、アクチュエータ１００Ａで示す磁気回路を有するように、アウターヨーク１１０に直接センターヨーク１４０を取り付けて可動体１６０自体の磁気回路をＥ型にしてもよい。
【００７１】
（実施の形態４）
図１１は、本発明に係る実施の形態４のアクチュエータを示す斜視図、図１２は同アクチュエータの分解斜視図、図１３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１１及び図１２に示すアクチュエータ１００Ｃは、図９及び図１０に示す実施の形態３に対応するアクチュエータ１００Ｂにおいて、弾性体１９０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。
【００７２】
アクチュエータ１００Ｃでは、アクチュエータ１００Ｂの構成において、アクチュエータ１００の弾性体１９０と同様のジグザグバネである弾性体１９０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。
【００７３】
エラストマー１９７は、図１３に示すように、支持軸部１６２ａとシャフト１５０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１６２ａ及びシャフト１５０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。
【００７４】
エラストマー１９７は、支持壁部１８４（１８６）と弾性体接続部１６２（１６４）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１８４（１８６）と弾性体接続部１６２（１６４）の突起１６８ａ、１６８ｂが嵌入されている。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１６２（１６４）の突起１６８ａ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１８４（１８６）の突起１６８ｂが圧入により嵌合されている。
【００７５】
アクチュエータ１００Ｃによれば、実施の形態３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１８４（１８６）と弾性体接続部１６２（１６４）との間に配置して、支持壁部１８４（１８６）と弾性体接続部１６２（１６４）の突起１６８ａ、１６８ｂ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。
【００７６】
なお、このアクチュエータ１００Ｃでは、アウターヨーク１１０に非磁性体１３０を介してセンターヨーク１４０を固定した構造としたが、アクチュエータ１００Ａで示す磁気回路を有するように、アウターヨーク１１０に直接センターヨーク１４０を取り付けて可動体１６０自体の磁気回路をＥ型にしてもよい。
【００７７】
また、上記各実施の形態におけるアウターヨーク１１０は、マグネット１２１、１２３を異なる磁性で対向して取り付けられた内壁面を有し、コイル１７０と、センターヨーク１４０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１１０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。
【００７８】
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】
【００７９】
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】
【００８０】
【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】同アクチュエータにおける磁気回路を示す磁束線図
【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７】本発明に係る実施の形態２のアクチュエータを示す要部断面図
【図８】同アクチュエータの要部構成により形成される磁気回路の磁束線を示す図
【図９】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１０】同アクチュエータの分解斜視図
【図１１】本発明に係る実施の形態４のアクチュエータを示す斜視図
【図１２】同アクチュエータの分解斜視図
【図１３】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】
【００８１】
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ アクチュエータ
１１０ アウターヨーク
１２１、１２３ マグネット
１３０ 非磁性体
１４０、１４０Ａ センターヨーク
１５０ シャフト
１６０ 可動体
１６２、１６４ 弾性体接続部
１６２ａ 支持軸部
１７０ コイル
１７２ コイルの部分
１７４ コイルの部分
１８０ 固定体
１８４、１８６ 支持壁部
１８４ａ 軸受
１９０ 弾性体
１９５ 交流供給部
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して配置された内壁面を有しこれら対向する内壁面にそれぞれ磁極が異なる磁石を対向して設けたアウターヨーク、前記磁石間にエアギャップを介して配置された磁性体を有する可動体と、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、前記磁性体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１６０と、固定体１８０と、固定体１８０に可動体１６０を可動自在に支持する弾性体１９０と、交流供給部１９５（図２及び図３）とを有する。
【００１８】
可動体１６０は、アウターヨーク１１０と、マグネット１２１、１２３（図２及び図３）と、非磁性体１３０と、センターヨーク１４０と、弾性体接続部１６２、１６４と、可動体１６０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）１５０と、を有する。
【００１９】
固定体１８０は、基台１８２と、支持壁１８４、１８６と、コイル１７０とを有する。固定体１８０では、シャフト１５０の延在方向に沿って長い矩形板状をなす基台１８２の表面中央部にコイル１７０が配置されている。また、基台１８２の長手方向で離間する端辺部から支持壁部１８４、１８６が立設されている。なお、コイル１７０には、図２に示すように交流供給部１９５から交流電源が供給される。
【００２０】
図１から図３に示すように、アウターヨーク１１０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１１０は、矩形板状のヨーク中央部１１１と、ヨーク中央部１１１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１１２、１１３とを有する。
【００２１】
アウターヨーク１１０は、アウターヨーク１１０の長手方向（シャフト１５０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１９０を介して支持壁部１８４、１８６に接続される弾性体接続部１６２、１６４が取り付けられている。
【００２２】
弾性体接続部１６２、１６４の一方にはアウターヨーク１１０の延在方向と同方向で突出するシャフト１５０が取り付けられている。すなわち、シャフト１５０は、アウターヨーク１１０に取り付けられた弾性体接続部１６４から、センターヨーク１４０とマグネット１２１、１２３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。
【００２３】
このシャフト１５０は、可動体１６０の重心を通る軸線上に位置するように可動体１６０に取り付けられ、可動体１６０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１５０には、シャフト１５０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。
【００２５】
マグネット１２１、１２３は、図３に示すように、互いに異なる磁極が対向するように、アウターヨーク１１０の側壁部１１２、１１３における内壁面１１２ａ、１１３ａの略全面に渡って取り付けられている。本実施の形態の場合、マグネット１２１のＳ極と、マグネット１２３のＮ極が対向している。センターヨーク１４０は、磁性体であり、アウターヨーク１１０の中央部分に非磁性体１３０を介して取り付けられている。具体的には、磁性体であるセンターヨーク１４０は、マグネット１２１、１２３の間に、非磁性体１３０を介してヨーク中央部１１１から垂下するように設けられている。
【００２６】
センターヨーク１４０は、図３に示すように、アウターヨーク１１０の延在方向に延在し、側方で対向するマグネット１２１、１２３の対向領域と略同形状の領域の両側壁面を備える直方体である。センターヨーク１４０は、マグネット１２１、１２３とエアギャップが形成されるようにヨーク中央部１１１に固定されている。
【００２７】
センターヨーク１４０とマグネット１２１、１２３との間のエアギャップには、センターヨーク１４０の側壁面、マグネット１２１、１２３及びアウターヨーク１１０のヨーク中央部１１１とのそれぞれから離間して、センターヨーク１４０を周回するコイル１７０が配置されている。
【００２８】
コイル１７０は、ここでは、ボイスコイルであり、センターヨーク１４０の周囲を囲むように巻回されている。具体的には、コイル１７０は、センターヨーク１４０の側壁面、マグネット１２１、１２３の対向方向と直交する方向に巻回されている。
【００２９】
このコイル１７０が設けられる基台１８２に立設される支持壁部１８４、１８６は、図１及び図２に示すように、基台１８２の長手方向で離間する両端辺部から立ち上がるリブ上に配設されている。支持壁部１８６は、可動体１６０のシャフト１５０が挿通する開口部１８６ａを有する。
【００３０】
この支持壁部１８６の開口部１８６ａにシャフト１５０を挿通させて、支持壁部１８４、１８６は、弾性体接続部１６２、１６４との間に架設される弾性体１９０を介して、可動体１６０を、略水平方向に保持している。
【００３１】
弾性体１９０は、支持壁部１８４、１８６の対向領域において、可動体１６０を、左右前後方向に変位自在に支持して、可動体１６０を、センターヨーク１４０及びシャフト１５０のねじり方向に支持している。ここでは、弾性体１９０は、支持壁部１８４、１８６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１９０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１９０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。
【００３２】
このように構成された弾性体１９０を介して、可動体１６０は、側辺部と直交する端部の上下辺部分で、固定体１８０の支持壁部１８４、１８６のそれぞれに、ねじり方向に可動自在に支持されている。
【００３３】
可動体１６０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１６０は、固定体１８０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。
【００３４】
【数１】
本実施の形態のアクチュエータ１００は、交流供給部１９５によって、コイル１７０に可動体１６０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１６０を効率良く駆動させることができる。
【００３５】
可動体１６０及び固定体１８０では、アウターヨーク１１０、マグネット１２１、１２３、センターヨーク１４０及びコイル１７０が、磁気回路を形成する。
【００３６】
図４は、本実施の形態１のアクチュエータにおける磁気回路を示す磁束線図である。
【００３７】
図３及び図４に示すように、アクチュエータ１００では、一方のマグネットから発生した磁束（図３では白抜き矢印で示す）は、コイル１７０が配置されるエアギャップ、センターヨーク１４０、反対側のエアギャップを通り、他方のマグネット、アウターヨーク１１０を通る。
【００３８】
次に、アクチュエータ１００の動作を説明する。
【００３９】
本アクチュエータ１００における可動体１６０は、弾性体１９０を介して固定体１８０により支持されるバネマス系構造であり、コイル１７０に可動体１６０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１６０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１６０のシャフト１５０に伝達される。
【００４０】
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。
【００４１】
【数２】
【００４２】
【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。
【００４３】
図５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５（ａ）では白抜き矢印で磁気回路の磁束の流れを示しているが、図５（ｂ）〜図（ｄ）では同様の流れであるため、図示省略している。
【００４４】
コイル１７０に交流供給部１９５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１７０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１７０を有する基台１８２及び支持壁部１８４、１８６に弾性体１９０を介して取り付けられている可動体１６０には、回転重心を軸中心とした回転力が発生する。
【００４５】
アクチュエータ１００の１周期分の動作について説明する。
【００４６】
図５（ａ）に示す向きでコイル１７０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１２１に対向するコイル１７０の部分１７２には、上向き（アウターヨーク１１０側の方向）に推力Ｆ１が発生し、マグネット１２３に対向するコイル１７０の部分１７４には、下向き（基台１８２側の方向）に推力Ｆ２が発生する。
【００４７】
これにより、コイル１７０を有する基台１８２から立ち上がる支持壁部１８４、１８６（図１及び図２参照）に弾性体１９０を介して支持された可動体１６０に相対的に回転する力が発生し、可動体１６０は、図５（ｂ）に示す位置となるように可動する。
【００４８】
図５（ｂ）に示す状態のアクチュエータ１００では、弾性体１９０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１７０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１６０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１８０に対して時計回りに回転する。また、可動体１６０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１８０に対して時計回りに回転する。
【００４９】
図５（ｄ）に示す状態のアクチュエータ１００では、弾性体１９０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１７０に順方向電流が供給される。これにより、可動体１６０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１８０に対して反時計回りに回転する。また、可動体１６０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１８０に対して反時計回りに回転する。
【００５０】
次に、図５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。
【００５１】
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。
【００５２】
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１６０が回転往復振動される。
【００５３】
アクチュエータ１００では、可動体１６０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１５０を介して外部に出力される。シャフト１５０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。
【００５４】
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１６０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。また、アクチュエータ１００を有する電動歯ブラシでも同様の効果を得ることができ、歯ブラシ自体の小型化も図ることができる。
【００５５】
（実施の形態２）
図７は、本発明に係る実施の形態２のアクチュエータを示す要部断面図、図８は、同アクチュエータの要部構成により形成される磁気回路の磁束線を示す図である。なお図７に示す白抜き矢印は、磁束の流れを示している。
【００５６】
図７及び図８に示す実施の形態２のアクチュエータ１００Ａは、図１〜図５に示すアクチュエータ１００の構成において、非磁性体１３０を除いて、アウターヨーク１１０に直接センターヨーク１４０Ａを取り付けた構成を有する。
【００５７】
センターヨーク１４０Ａは、センターヨーク１４０と、非磁性体１３０とを合わせた大きさの磁性体である。
【００５８】
アクチュエータ１００Ａでは、所定間隔を空けて対向して配置された内壁面にそれぞれ磁極が異なるマグネット１２１、１２３を対向して設けられたアウターヨーク１１０に、マグネット１２１、１２３間にエアギャップを介して配置される磁性体であるセンターヨーク１４０Ａを一体的に設けている。その他の構成は、アクチュエータ１００の構成と同様であるため、同符号を付して説明は省略する。
【００５９】
すなわち、アクチュエータ１００Ａは、可動体１６０と、可動体１６０に設けられた出力軸と、エアギャップに配置され、センターヨーク１４０Ａを周回するコイル１７０を有する固定体１８０と、固定体１８０に可動体１６０を可動自在に支持する弾性支持部である弾性体１９０（図１及び図２参照）と、可動体１６０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１９５とを有している。
【００６０】
このように構成されたアクチュエータ１００Ａでは、可動体１６０は、アウターヨーク１１０及びセンターヨーク１４０Ａとで図７及び図８に示すＥ型の磁気回路を形成する。
【００６１】
アクチュエータ１００Ａの磁気回路は、実施の形態１に係るアクチュエータ１００の磁気回路とは異なる回路であるが、エアギャップ間を流れる磁束の流れ、つまり、マグネット１２１、１２３に対向するコイル１７０の部分における磁束の流れは、実施の形態１と同様のものとなり、実施の形態１と同様に回転往復振動を実現できるアクチュエータとなる。また、可動体１６０において、非磁性体１３０を介さずに、センターヨーク１４０Ａがアウターヨーク１１０に設けられているため、ヨーク中央部分の構成を簡易して、部品点数及び組立工数の削減を図ることができ、アクチュエータの低廉化を図ることができる。
【００６２】
（実施の形態３）
図９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１０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。
【００６３】
アクチュエータ１００Ｂは、アクチュエータ１００において、可動体１６０を固定体１８０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１５０と同一軸心で回動自在に軸支している。
【００６４】
すなわち、アクチュエータ１００Ｂは、アクチュエータ１００の構成においてシャフト１５０が挿通される支持壁部１８６の開口部１８６ａに軸受１８６ｂを取り付けている。支持壁部１８６は、軸受１８６ｂを介してシャフト１５０を回動自在に支持している。また、シャフト１５０において支持壁部１８６から突出する部位にはブッシュ１８６ｃが外嵌されている。
【００６５】
さらに、アウターヨーク１１０に取り付けられる弾性体接続部１６２に、シャフト１５０と同軸心上に配置される支持軸部１６２ａが、シャフト１５０の突出方向とは逆方向に突設されている。支持軸部１６２ａはシャフトと略同一の外径を有する。
【００６６】
この弾性体接続部１６２に対して、弾性体１９０を介して接続される支持壁部１８４には、支持軸部１６２ａを挿通する軸受１８４ａが取り付けられている。支持壁部１８４の軸受１８４ａに挿通された支持軸部１６２ａの端部には、支持壁部１８４の裏面側で、ブッシュ１８４ｂが外嵌されている。
【００６７】
このようにアクチュエータ１００Ｂでは、可動体１６０は、支持軸部１６２ａ及びシャフト１５０で支持壁部１８４、１８６に回動自在に軸支されている。このため、アクチュエータ１００Ｂでは、コイル１７０に交流供給部１９５から交流が供給され、固定体１８０に対してシャフト１５０の軸心を中心に安定して回転往復振動することとなる。
【００６８】
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１００自体の耐衝撃性を向上させるとともに可動体１６０を安定して回転往復振動させることができる。
【００６９】
また、アクチュエータ１００Ｂでは、可動体１６０の可動運動を伝達して出力するシャフト１５０が、可動体１６０を固定体１８０に軸支させる軸部として用いられている。
【００７０】
なお、このアクチュエータ１００Ｂでは、アウターヨーク１１０に非磁性体１３０を介してセンターヨーク１４０を固定した構造としたが、アクチュエータ１００Ａで示す磁気回路を有するように、アウターヨーク１１０に直接センターヨーク１４０を取り付けて可動体１６０自体の磁気回路をＥ型にしてもよい。
【００７１】
（実施の形態４）
図１１は、本発明に係る実施の形態４のアクチュエータを示す斜視図、図１２は同アクチュエータの分解斜視図、図１３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１１及び図１２に示すアクチュエータ１００Ｃは、図９及び図１０に示す実施の形態３に対応するアクチュエータ１００Ｂにおいて、弾性体１９０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。
【００７２】
アクチュエータ１００Ｃでは、アクチュエータ１００Ｂの構成において、アクチュエータ１００の弾性体１９０と同様のジグザグバネである弾性体１９０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。
【００７３】
エラストマー１９７は、図１３に示すように、支持軸部１６２ａとシャフト１５０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１６２ａ及びシャフト１５０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。
【００７４】
エラストマー１９７は、支持壁部１８４（１８６）と弾性体接続部１６２（１６４）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１８４（１８６）と弾性体接続部１６２（１６４）の突起１６８ａ、１６８ｂが嵌入されている。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１６２（１６４）の突起１６８ａ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１８４（１８６）の突起１６８ｂが圧入により嵌合されている。
【００７５】
アクチュエータ１００Ｃによれば、実施の形態３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１８４（１８６）と弾性体接続部１６２（１６４）との間に配置して、支持壁部１８４（１８６）と弾性体接続部１６２（１６４）の突起１６８ａ、１６８ｂ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。
【００７６】
なお、このアクチュエータ１００Ｃでは、アウターヨーク１１０に非磁性体１３０を介してセンターヨーク１４０を固定した構造としたが、アクチュエータ１００Ａで示す磁気回路を有するように、アウターヨーク１１０に直接センターヨーク１４０を取り付けて可動体１６０自体の磁気回路をＥ型にしてもよい。
【００７７】
また、上記各実施の形態におけるアウターヨーク１１０は、マグネット１２１、１２３を異なる磁性で対向して取り付けられた内壁面を有し、コイル１７０と、センターヨーク１４０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１１０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。
【００７８】
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】
【００７９】
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】
【００８０】
【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】同アクチュエータにおける磁気回路を示す磁束線図
【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７】本発明に係る実施の形態２のアクチュエータを示す要部断面図
【図８】同アクチュエータの要部構成により形成される磁気回路の磁束線を示す図
【図９】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１０】同アクチュエータの分解斜視図
【図１１】本発明に係る実施の形態４のアクチュエータを示す斜視図
【図１２】同アクチュエータの分解斜視図
【図１３】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】
【００８１】
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ アクチュエータ
１１０ アウターヨーク
１２１、１２３ マグネット
１３０ 非磁性体
１４０、１４０Ａ センターヨーク
１５０ シャフト
１６０ 可動体
１６２、１６４ 弾性体接続部
１６２ａ 支持軸部
１７０ コイル
１７２ コイルの部分
１７４ コイルの部分
１８０ 固定体
１８４、１８６ 支持壁部
１８４ａ 軸受
１９０ 弾性体
１９５ 交流供給部
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して配置された内壁面を有しこれら対向する内壁面にそれぞれ磁極が異なる磁石を対向して設けたアウターヨーク、前記磁石間にエアギャップを介して配置された磁性体を有する可動体と、
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、前記磁性体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】
前記磁性体は、前記アウターヨークに非磁性体を介して固定されている請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記磁性体は、アウターヨークに直接設けられている請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項４】
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５】
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る粘弾性体である請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項６】
請求項１から５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して配置された内壁面を有しこれら対向する内壁面にそれぞれ磁極が異なる磁石を対向して設けたアウターヨーク、前記磁石間にエアギャップを介して配置された磁性体を有する可動体と、
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、前記磁性体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】
前記磁性体は、前記アウターヨークに非磁性体を介して固定されている請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記磁性体は、アウターヨークに直接設けられている請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項４】
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５】
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る粘弾性体である請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項６】
請求項１から５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１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−５０４３（Ｐ２０１０−５０４３Ａ）
【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２００８−１６６５３４（Ｐ２００８−１６６５３４）
【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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