致动器及气泵、理美容设备及激光扫描设备的制作方法
本发明涉及能够进行在以规定角度倾斜的同时绕规定的旋转轴回旋的旋进运动的致动器及具备该致动器的气泵、理美容设备及激光扫描设备。
背景技术：
以往，作为在血压计等中使用的气泵，例如，已知专利文献1所示的小型泵。
在该小型泵中，在壳体内设置有形成泵室的多个隔膜。在泵室的中央部形成有圆筒状的排气阀体。另外，在泵室中设置有进气阀。多个隔膜连接于摆动体，通过摆动体利用偏心旋转轴进行摆动而上下运动。偏心旋转轴在偏心的状态下固定于圆盘部，该圆盘部固定于在偏心旋转轴下方配置的DC电机(DC：Direct Current，直流)的旋转轴。
在小型泵中，通过使DC电机旋转驱动，从而偏心旋转轴在偏心的状态下旋转，使摆动体摆动而使多个隔膜交替地上下运动，由此，从进气阀给气并从排气阀排气。即，在该小型泵中，使用偏心旋转轴及摆动体，将进行通常的绕轴旋转的DC电机的旋转转换为旋进运动，使隔膜上下运动。
作为进行旋进运动的驱动部分的结构，例如，已知专利文献2所示的双轴型的致动器、或者专利文献3的摆动驱动装置。
专利文献2是在全息装置中使用的致动器，通过将反射镜设定为所期望的倾斜角度，来进行参照光相对于光记录介质的入射角度的调整。具体而言，致动器具有：对控制对象进行支撑的可动轴；以及在将相对于彼此正交的第一假想轴及第二假想轴垂直的第三轴(Z轴)设为基准轴时，以使可动轴相对于该基准轴自由摆动的方式对可动轴进行支撑的支撑机构。使用由磁体和线圈构成的磁路，使可动轴从与基准轴一致的姿势向倾斜的姿势倾倒。
另外，在专利文献3中公开了，使在宇宙空间中使用的天线摆动的摆动驱动装置。专利文献3中，在天线、和在背面侧对天线进行支撑的台座之间具有弹性支撑机构，该弹性支撑机构在背面侧的中心点对天线进行支撑，且在能够使天线绕着正交的双轴摆动的状态下安装于架台。该弹性支撑机构由弹性材料构成，包括：一端固定于天线的背面中心而另一端固定于台座的中心的弹性轴；以及相互约呈90度的角度且一端固定于天线的背面中心而另一端固定于台座上的4个点的板簧。利用对由弹性支撑机构支撑的天线施加力的致动器，天线进行摆动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：专利第4617554号公报
专利文献2：专利第4757573号公报
专利文献3：专利第3038707号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
对于在血压计中使用的小型泵，期望进一步的小型化，但是在专利文献1中，需要将进行通常的绕轴旋转的DC电机的旋转转换为旋进运动的偏心旋转轴及摆动体这样的转换机构。由此，产生结构复杂且产品自身大型化的问题。
另外，在专利文献1所示的小型泵的领域中，不存在作为驱动源能够对旋进运动直接驱动的致动器，所以例如可以考虑将专利文献2或者专利文献3的结构适用于小型泵。
但是，专利文献2的双轴型致动器驱动方式是VCM(VCM：Voice Coil Motor，音圈电机)方式，所以虽然控制性较高，但是无法确保装置中的血压测定所需要的高输出。另外，专利文献3中，在作为可动对象的天线的背面侧具有弹簧，所以需要确保配置弹簧的区域，存在难以小型化、薄型化的问题。
本发明的目的在于提供便于以简易的结构组装的、能够在实现低成本化、基于薄型化的小型化的同时实现高输出的致动器、气泵、理美容设备及激光扫描设备。
解决问题的方案
本发明的致动器的一个方式，采用以下结构，具有：可动体，其包括经单极磁化的单极磁铁；固定体，其具备多个电磁体，该电磁体具有作为磁性体的芯及对该芯进行励磁的线圈，这些电磁体的磁极在与所述单极磁铁的磁化方向正交的位置配置有3个极以上；以及弹性体，其架设于所述可动体与所述固定体之间，且在向所述线圈供给电流时弹性变形，以能够使所述可动体在所述单极磁铁的磁化方向及2自由度方向上移动的方式对所述可动体进行支撑，以使所述可动体的可动中心与所述可动体的产生磁距的大致中心一致的方式，将所述弹性体安装于所述可动体。
本发明的气泵的一个方式采用具备上述构成的致动器的结构。另外，本发明的理美容设备采用具备上述构成的致动器的结构。并且，本发明的激光扫描设备采用具备上述构成的致动器的结构。
发明效果
根据本发明，便于以简易的结构组装，能够在实现低成本化、基于薄型化的小型化的同时，实现高输出。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的致动器的立体图。
图2是该致动器的主要部分分解立体图。
图3是该致动器中的主要部分构成的概略剖面图。
图4是示意性地表示用于说明该致动器的动作的主要部分的剖面图。
图5A～图5C是示意性地表示用于说明该致动器的动作的主要部分的剖面图。
图6A及图6B是表示该致动器中从交流电供给部向线圈供给的交流电的周期的图。
图7是表示应用了该致动器的气泵的概略结构的主要部分剖面图。
图8是表示本发明的实施方式2的致动器的立体图。
图9是该致动器的主要部分分解立体图。
图10是表示该致动器中的主要部分构成的概略剖面图。
图11是用于说明该致动器的动作的剖面图。
图12是表示本发明的实施方式3的致动器的立体图。
图13是该致动器的主要部分分解立体图。
图14是表示本发明的实施方式4的致动器的立体图。
附图标记说明
100、100A、100B、100C 致动器
110、110A、110B 固定体
111、111B 固定基部
111A 固定壳体
111a、111b 开口部
112、112B 芯部
113、113B 芯盖
114、114B 线圈部
116 磁极面
120、120A、120B 可动体
122、122A 单极磁铁(磁化磁铁)
123、123A、124、124A 磁性体
130、130A、130B 弹性体
132、132A 板状弹性臂部
134、134B 环部
140、140B 交流电供给部
150、151、152 支架
1111 上壳体
1112 下壳体
1121 磁极芯
1321 羊肠状部
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。
(实施方式1)
图1是表示本发明的实施方式1的致动器的立体图，图2是该致动器的主要部分分解立体图。另外，图3是表示该致动器中的主要部分结构的概略剖面图。
图1及图2所示的致动器100具有：固定体110、可动体120、通过弹性变形将可动体120自由可动地支撑于固定体110的弹性体(弹性支撑部)130、交流电供给部140(参照图2)。
在图1及图2所示的致动器100中，可动体120相对于固定体110安装为，在限制了向水平方向的移动的状态下在包括上下方向(磁化方向)的多自由度方向上自由移动。可动体120利用来自交流电供给部140的电力供给，不使用旋转轴部件或者作为旋转中心的部件，在规定的角度范围内向在正反向上重复旋转往返振动，具体而言，重复在扭转方向上旋转并要向基准位置返回的运动。由此，可动体120能够进行所谓的旋进(2自由度方向)运动。
如图2及图3所示，固定体110具有：固定基部111、芯部112、芯盖113、和线圈部114。此外，芯部112、芯盖113及线圈部114构成具备与线圈部114的数量对应的电磁体的电磁体单元。
固定基部111是固定体110的基座，在此，呈有底筒状，在底面部的中央部形成有开口部111a。在固定基部111中以包围开口部111a的方式配置有电磁体单元。在该开口部111a内配置有可动体120。
芯部112由磁性体构成，具有形成磁极的多个磁极芯1121。磁极芯1121分别形成为棒状，在其一端部具备磁极面116。磁极面116在与单极磁铁122的磁化方向交叉的方向(这里是正交的方向)上，与可动体120的单极磁铁122相对。
磁极芯1121分别被具有绝缘性的芯盖113覆盖。在磁极芯1121的外周，分别隔着具有绝缘性的芯盖113卷绕有线圈部114。若向线圈部114供给电流，则其被励磁，形成磁极面116。
磁极芯1121以俯视致动器100，磁极面116从四个方向与在固定基部111的中央配置的可动体120的外周面相对的方式，固定于固定基部111。由此，磁极面116配置为，以包围可动体120的方式隔开均等的距离。
磁极面116与可动体120的外周(这里是单极磁铁122的外周的中央部分)相对，且构成为沿着可动体120的外周的圆弧状。这里，磁极面116由从磁极芯1121的一端部向左右沿着可动体120的周向延伸的圆弧状的部位构成。
可动体120具有：单极磁铁122、和磁性体123、124。
单极磁铁122呈圆盘状(例如硬币型)，将上下方向的面分别作为磁化面。对于单极磁铁122，在此，相对于固定体110，用N极磁化上表面侧也就是表面侧，用S极磁化下表面侧也就是背面侧。圆盘状的磁性体123、124粘接于这些单极磁铁122的每个磁极面。
对于单极磁铁122，例如优选适用钕磁铁、钕粘结磁铁等钕系磁铁、或者铁氧体磁铁、铁氧体粘结磁铁等铁氧体系磁铁。若对单极磁铁122适用被认为作为永磁体磁力最强的钕磁铁，则由于单位体积的磁力较强，所以即使与其他材料相比而尺寸较小也能够提高能量转换效率，实现致动器100自身的小型高输出化。另外，作为单极磁铁122，若适用铁氧体磁铁，则与钕磁铁相比，能够廉价地构成磁路。并且，若单极磁铁122是铁氧体磁铁，则热退磁温度较高(约200℃，而钕磁铁的热退磁温度约130℃)，所以能够将致动器100自身用于车载用的产品。
可动体120配置为，使固定体110的固定基部111的开口部位于单极磁铁122的磁化方向上。在俯视时，在使可动体120的中心、也就是假想中心线VL与固定体110的中心一致的状态下，利用弹性体130对可动体120进行支撑。
线圈部114构成为，将在与单极磁铁的磁化方向交叉的方向、这里是正交的方向上延伸的芯部112的外周缠绕。线圈部114与具有磁极面116的芯部112构成电磁体，用于致动器100的驱动。优选线圈部114的轴心与分别被卷绕的磁极芯1121的轴心相同。线圈部114的线圈绕组与未图示的基板(具备切换开关等的基板)连接，通过基板与外部端子连接。经由外部端子从交流电供给部140向线圈部114供给交流电源(交流电压)。
线圈部114的极性相当于由线圈部114卷绕的磁极芯1121的磁极面116的极性。该磁极面的极性可通过供给电流的流向进行适当改变。具体而言，相对于线圈部114，通过改变从交流电供给部140供给与可动体120的共振频率大致相等的频率的交流电时的流向，来进行适当改变。通过这样对所期望的线圈部114进行适当励磁并重复，从而产生使可动体120可动的转矩(磁产生转矩)，可动体120可动。在此，以使相对配置的线圈部114(具体为，与线圈部114对应的磁极面116)分别为不同极性的方式进行励磁(一方为N极、另一方为S极)，在通过弹性体130将磁化磁铁122扭转的方向上产生转矩(磁产生转矩)(参照图4)。针对在扭转方向上进行了位移的可动体120，对与之前经励磁的线圈部114组不同的线圈部114的组进行励磁，并依次重复。
此外，对于电磁体单元的磁极的数量，只要是3个极以上，几极都可以。本实施方式中，能够以使这些磁极交替为不同的磁极的方式对线圈部114进行励磁，利用产生的转矩使可动体120进行旋进运动。此外，若是四个以上的偶数个，则比奇数个的极数的情况更容易控制。即，以彼此不同的磁极对相对的线圈部114分别进行励磁，在可动体120在扭转方向上可动的时刻，对与之前经励磁的一对的线圈部114相邻的线圈部进行励磁，交替地重复进行这些，由此能够容易地进行旋进运动。
弹性体130在固定体110与可动体120之间，将固定端固定于固定体110，将活动端固定于可动体120。以使可动体120的可动中心与可动体120的产生磁距的大致中心一致的方式，将弹性体130安装于可动体120。
弹性体130例如通过使用不锈钢、磷青铜等非磁性材料来构成。由此，在致动器100中，能够降低不需要的漏磁通，能够实现致动器100自身的组装性的提高。
在此，弹性体130由板簧构成，由此，实现了致动器100自身的成本的低廉化。另外，作为弹性体130，也可以使用树脂弹簧。
弹性体130具有：板状弹性臂部132，其一端具有固定端的羊肠状部；以及环部134，其与板状弹性臂部132的另一端部连接，外嵌于可动体120的周围。
对于板状弹性臂部132，由于羊肠状部1321，所以从固定于固定基部111的固定端到固定于可动体120的活动端的长度比直线形状长，从而为确保了用于弹性变形的充分的长度的形状。
环部134一体地固定于在可动体120的外周外嵌的支架150。支架150在配置于磁化磁铁122的外周的状态下固定于磁性体124上。通过改变支架150的厚度，设定弹性体130对磁化磁铁122的支撑位置、也就是弹性体130在固定体110及可动体120间的架设位置。利用该结构，固定体110及可动体120间的板状弹性臂部132以位于通过可动体120的产生磁距的大致中心的水平面上的方式，分别固定于固定体110和可动体120。并且，板状弹性臂部132的架设位置为，在俯视时相对于可动体120的大致中心分别位于对称的位置。本实施方式中，通过在四个方向配置的四个板状弹性臂部132，自由可动地对可动体120进行支撑。弹性体130以使可动体120的产生磁距的大致中心位于以与可动体120连接的位置(固定端)的全部为起点的施力方向的延长线上的方式，能够使可动体120可动地被支撑。
由此，在使可动体120的产生磁距的大致中心与芯部112的磁极面116彼此间的水平方向上的大致中心一致的状态下，将可动体120通过弹性体130保持于固定体110。不使用相当于旋转轴的部件、其轴承等，在限制了向水平方向的移动的状态下，将可动体120以能够向包括上下方向(磁化方向)的多自由度方向移动的方式安装于固定体110。
弹性体130相对于单极磁铁122的可动方向能够得到恒定的弹簧常数，对可动体120作用转矩。由此，例如，可动体120在2自由度方向、在此为扭转方向上可动(参照图4)。通过调整该弹性体130的弹簧常数，能够调整致动器100中的共振频率。
即，在上述结构的致动器100中，若将与可动体120的共振频率大致相等的频率的交流电向线圈部114输入，并对与彼此相对配置的线圈部114对应的磁极面116以分别成为不同的极性的方式进行励磁(一方为N极、另一方为S极)，则相对于可动体120的单极磁铁122高效地产生磁吸引力及斥力。由此，可动体120的单极磁铁122以使单极磁铁122的产生磁距的大致中心(也包括中心)G为中心，绕在上下方向上延伸的假想的中心线旋转的方式，进行旋进运动。
在本实施方式的致动器100中，在将可动体120的惯量(转动惯量)设为J、扭转方向的弹簧常数设为Ksp的情况下，可动体120相对于固定体110以通过下述式(1)计算的共振频率Fr[Hz]进行振动。
式1：
Fr：共振频率[Hz]
本实施方式的致动器100利用交流电供给部140向线圈部供给与可动体120的共振频率Fr大致相等的频率的交流电。由此，能够高效地驱动可动体120。
本致动器100中的可动体120为由弹簧质点系统结构支撑的状态，该弹簧质点系统结构为通过弹性体130利用固定体110进行支撑。由此，若向线圈部供给与可动体120的共振频率Fr相等的频率的交流电，则可动体120以共振状态被驱动。这时产生的向扭转方向的运动传递至弹性体130。
致动器100基于下述式(2)所示的运动方程式及下述式(3)所示的电路方程式进行驱动。
式2：
J：转动惯量[Kgm2]
θ(t)：角度[rad]
Kt：转矩常数[Nm/A]
i(t)：电流[A]
式3：
e(t):电压[V]
R:电阻[Ω]
L:电感[H]
Ke:反电动势系数[V/(rad/s)]
即，致动器100中的转动惯量J[Kgm2]、旋转角度θ(t)[rad]、转矩常数Kt[Nm/A]、电流i(t)[A]、弹簧常数Ksp[Nm/rad]、衰减系数D[Nm/(rad/s)]、负载转矩TLoad[Nm]等，可在满足式(2)的范围内进行适当改变。另外，电压e(t)[V]、电阻R[Ω]、电感L[H]、反电动势系数Ke[V/(rad/s)]，可在满足式(3)的范围内进行适当改变。
对这样构成的致动器100的动作进行说明。对于线圈部114中的、相对的一对线圈部114的每一个，从交流电供给部140供给与可动体120的共振频率大致相等的频率的交流电，交替地以不同的极性进行励磁(一方为N极、另一方为S极)。由此，向相对于可动体120扭转的方向产生转矩(磁产生转矩)。本实施方式中，使用该进行扭转的转矩来使可动体120可动。
图4及图5A～图5C是示意性地表示用于说明本发明的实施方式1的致动器100的动作的主要部分的剖面图。具体而言，首先，致动器100中，相对于单极磁铁122，将上表面侧设为N极，将下表面侧设为S极。该结构中，如图4所示，对在单极磁铁122的外周面侧于与单极磁铁122的磁化方向正交的方向作为磁极而配置的电磁体中的、彼此相对的电磁体的第一线圈部114-1和第二线圈部114-2，以图示的方向供给交流电流。通过该电力供给，将第一线圈部114-1励磁为N极，将第二线圈部114-2励磁为S极。由此，根据弗莱明左手法则而产生推力，可动体120绕产生磁距的大致中心G向扭转方向(箭头D方向)移动。该状态如图5A所示。图5B中示出，在图5A所示的状态下，与被励磁的第一线圈部114-1在周向相邻的第三线圈部114-3、与该第三线圈部114-3相对的第四线圈部114-4的状态。图5A中，可动体120由于第一线圈部114-1的N极、第二线圈部114-2的S极，而向扭转方向进行位移，所以如图5B所示，相对于第三线圈部114-3及第四线圈部114-4，可动体120成为抵抗弹性体130的恢复力而向第三线圈部114-3侧进行了位移的状态。
接下来，对图5B所示的状态下的与第一线圈部114-1的周向相邻的第三线圈部114-3以S极进行励磁，且对与第三线圈部114-3相对的第四线圈部114-4以N极进行励磁。由此，向扭转方向进行了移动的可动体120在因弹性体130的恢复力而准备向水平的基准位置进行位移时，从第三线圈部114-3向箭头D1方向进行位移。接下来，以使第一线圈部114-1的磁极为S极、使第二线圈部114-2的磁极为N极的方式进行励磁。这样，对于在周向相邻的线圈部114、和与该线圈部114相对的线圈部114，以依次交替地具有不同的极性的磁极面116的方式，对每对相对的线圈部交替地进行励磁，由此使可动体120连续地可动。由此，可动体120绕着假想中心线VL(参照图1及图4)，进行相对于假想中心线VL带着规定角度回旋的运动，即，以通过可动体120的假想中心线VL(参照图1及图4)且与产生磁距的大致中心一致的点为基点，进行画圆的旋进运动。
接着，对本实施方式中向线圈部114供给的交流电流进行简单说明。
图6是表示本实施方式的致动器中从交流电供给部140向固定体110的线圈部114供给的交流电的周期的图。
在线圈部114中流过的交流电既可以是图6A所示的频率f0的脉冲波，也可以是图6B所示的频率f0的正弦波。
在图4的状态下，向第一线圈部114-1及第二线圈部114-2供给图6所示的时刻t1的正向的电流，并对极性相对的磁极分别以N极·S极进行励磁，可动部向扭转方向(箭头D方向)进行位移。可动体120在箭头D方向上位移到极限的状态是图6的时刻t2，在该时刻t2切换电流的流向。然后，可动体120因弹性体130的恢复力向原来的位置可动，在返回到原来的位置时是图6所示的时刻t3，将反向的电流向第三及第四线圈部114-3、114-4供给，且使可动体120向图5B的D1方向位移。另外，在可动体120在箭头D1方向上进行了位移的状态(图5C)下，如图6的时刻t4所示那样切换电流的流向，在可动体120以从图5A所示的状态向原来的位置位移的方式可动并返回到原来的位置时，将图6所示的时刻t5正向的电流向第一线圈部114-1及第二线圈部114-2供给。这是一个周期的动作，通过重复这样的动作，可动体120以可动体120的假想中心线VL(参照图1及图4)为基点以画圆的方式，进行旋进运动。此外，利用连接于交流电供给部140与线圈部114之间的未图示的基板，进行这些交流电流的供给及供给对象的切换。
这样根据本实施方式的致动器100，是简易的磁路结构，易于组装，能够以廉价的材料成本实现低成本化，并且能够在实现小型化的同时实现高输出。
此外，对于该致动器100的结构，在将单极磁铁122的上表面侧设为N极、将下表面侧设为S极的情况下，若将固定体110的线圈部114的磁极全部励磁为N极，则在单极磁铁122的下表面侧产生吸引力，在上表面侧产生斥力。由此，例如，能够通过将全部磁极励磁为S极，来使可动体120向上方移动，在因弹性体130的恢复力返回基准位置的时刻，能够通过将全部磁极励磁为N极，来使可动体120向下方移动。即，致动器100例如能够通过利用基板对该动作的重复进行控制，来使可动体120上下方向上振动。
另外，在致动器100中，可动体120进行在扭转方向上旋转并要向基准位置返回的运动。通过在专利文献1所示的以往的小型泵的结构中，代替DC电机、偏心旋转轴而适用该致动器100，从而与以往的小型泵相比，能够实现进一步的小型化。即，利用适用了本实施方式的致动器100的泵，能够不使用将DC电机的旋转转换为旋进运动的转换机构，而仅通过将可动体的上表面与泵室底面的隔膜直接连接，来使以往的小型泵中的隔膜上下动。
该例如图7所示。
图7是表示适用了本发明的实施方式的致动器的气泵的一例。
图7所示的气泵1具备在俯视为长方形的壳体2内形成泵室3、3的多个(这里是两个)隔膜4、4。这些隔膜4、4彼此相互一体地连结，在这些隔膜4、4的下部中心部向下方突出地设置有安装突部9、9。此外，壳体2由上壳体2a、中壳体2b、下壳体2c这三段构成，隔膜4、4以将隔膜4、4的凸缘部4a、4a夹持于上壳体2a与中壳体2b之间的方式，保持于壳体2。
将使隔膜4、4的下表面上下动的摆动体12自由摆动地设置于这些安装突部9、9。将隔膜4、4的底部中心部切开一部分而形成了进气阀体42、42。通过该切开来设置通孔43、43，利用进气阀体42、42能够将通孔43、43闭塞、开放，从而构成了进气阀部V1、V1。此外，进气阀体42、42的形成方法不限于上述切开方法，也可以通过其它方法形成。
安装突部9、9具备空气导入孔91，该空气导入孔91是贯穿安装突部9、9的内部而形成的，能够在一端侧通过进气阀体42与通孔43连续。
安装突部9、9通过进气阀体42的开闭，经由空气导入孔91使泵室内与致动器的配置空间(下壳体2c内)连通。
另一方面，上壳体2a在中央部穿孔有排气孔22。另外，上壳体2a具有环状槽部24，该环状槽部24是将上壳体2a的下表面切除为环状而形成的，且被插入隔膜4、4的上端部。环状槽部24在上壳体2的中央部分分别与排气孔22的两端部分连续。通过将由隔膜4、4的上部构成的排气阀体8压接于形成这些环状槽部24的内壁面24a，构成排气阀部V2、V2。
另外，在隔膜4、4的下端部自由摆动地连结有摆动体12，致动器100的可动体120接合于该摆动体12。
摆动体12具有：从可动体120的磁性体123向磁化方向延伸的轴部12a、和从轴部12a的前端部向与轴部12a大致垂直的方向突出的摆动臂12b。在摆动臂12b的前端，自由摆动地连结于隔膜4下部的安装突部9、9的下端部。该连结部分只要以能够向任意方向旋转的方式连接，无论怎样构成都可以。此外，在设置有摆动体12的下壳体2c的壁部设置有连通孔93，该连通孔93是使下壳体2c的内外连通而形成的，将外部空气向内部导入。
该气泵1通过驱动致动器100来使可动体120旋进运动，从而轴部12a也随动地旋进运动，由此，摆动臂12b摆动而使隔膜4、4的下端部的安装突部9上下动。
例如，在隔膜4的下端部的安装突部9由于摆动体12而向下动时，隔膜4内成为负压，因此排气阀体8与环状凹槽24的内壁面24a密接，即排气阀部V2闭合，且进气阀体42使通孔43从闭塞的状态开放，即进气阀部V1成为开状态，从空气导入孔91向隔膜4内、也就是泵室3内，进行如箭头F那样的进气。
接着，在隔膜4的下端部向上动时，隔膜4内成为高压，进气阀体42将通孔43闭塞而使进气阀部V1成为闭状态，并且排气阀体8从内壁面24a扩径，如箭头D那样进行排气阀部V2的排气。从排气阀体8内排出的空气通过环状凹槽24，从排气孔22向壳体2外排出。此外，伴随隔膜4的向上动而下壳体2c内成为负压。由此，将空气经由连通孔93吸入至下壳体2c内、也就是壳体2内。
这样，在气泵1中，在构成泵室3的各隔膜4、4的底部中心部设置有进气阀部V1，并且，在构成泵室3的上表面的壳体2的上壳体2a的上板中央部设置有进行隔膜4内的排气的排气阀部V2。而且，对用于从排气阀部V2送出空气的隔膜4进行驱动的摆动体12直接接合于致动器100的可动体120。由此，气泵1与以往的泵相比，不需要将DC电机的旋转转换为旋进运动的转换机构，从而气泵1的高度自身变低(扁薄化)，实现了进一步的小型化。
这样，能够将致动器100作为用于实现同种旋进运动的驱动源来利用，也可以将致动器100适用于气泵1以外。另外，除了能够使用致动器100作为能够实现气泵等的旋进运动的驱动源以外，例如致动器100也可以用于需要双轴旋转运动的激光雷达的反射镜驱动用途或需要扫描功能的激光扫描设备等。
另外，在将致动器100作为美颜器用于按摩器等理美容设备的情况下，能够通过在安装有致动器100的设备主体中设置通过可动体120的运动而向外部自由出没的突起部来实现。
另外，致动器100满足式(2)、(3)，利用使用了式(1)所示的共振频率的共振现象进行驱动。由此，对于致动器100，在定常状态下消耗的电力仅有负载转矩带来的损失及摩擦等带来的损失，能够以低功耗进行驱动，也就是能够以低功耗使可动体120旋进运动。
另外，根据本实施方式，利用具备磁化磁铁122的可动体120，能够实现直动式的旋进运动，所以在作为气泵1的驱动源来使用的情况下，与以往不同，不需要从旋转运动向旋进运动的转换机构。由此，能够实现气泵1的进一步的小型化。并且，与以往不同，由于不需要从旋转运动向旋进运动的转换机构，所以能够降低由进行从旋转运动向旋进运动的转换的机构部产生的滑动音。另外，由于不具有转换机构，因此能够以较少的部件数实现结构易组装的致动器。
另外，例如，与专利文献3所示的以往的具有支轴结构的2自由度致动器相比，不需要用于使可动体可动的可动体的旋转轴、或者定位的轴。由此，能够使结构简易化，能够实现组装性的提高、和成本的低廉化。
此外，根据致动器100，将弹性体(弹簧)130配置于可动体120的外周部，所以，与利用固定于可动体的中心的弹性体(弹簧)对可动体进行支撑的结构的致动器不同，能够实现薄型化。
另外，在单极磁铁122的磁极面配置有磁性体123、124。由此，能够使单极磁铁122与电磁体单元一起成为高效的磁路的一部分，即使外径较小的单极磁铁122也能够进行高输出，能够提高能量转换效率。
弹性体130由板簧形成。由此，能够廉价地制作弹性体130，能够实现成本的削减。并且，弹簧常数的设计变得容易，能够将致动器作为可靠性较高的产品来提供。
由于将可动体120配置于固定体110的内侧，所以能够由圆筒型或方型的单极磁铁构成可动体120，能够廉价地构成致动器来实现成本的削减。
另外，弹性体130由非磁性材料构成，所以在致动器100的组装时不产生磁吸引力，能够实现致动器100自身的组装性的提高。
(实施方式2)
图8是表示本发明的实施方式2的致动器100A的立体图，图9是该致动器100A的主要部分分解立体图，图10是表示该致动器100A的主要部分构成的概略剖面图。
在实施方式1中，为由一个弹性体130自由可动地对可动体120进行支撑的结构，在实施方式2中，构成为，由分别弹性变形的两个弹性体130A对可动体120A进行支撑(参照图9、图10)。
具体而言，对于本实施方式2的致动器100A，将实施方式1的致动器100的结构中的、固定基部111、弹性体130及支架150，替换为固定壳体111A、两个弹性体130A及上支架151、下支架152。也就是，致动器100A具有与致动器100相同的基本结构，以相同的驱动原理进行驱动。由此，以下，对相同的构成要素标以相同名称、相同符号，并省略其说明。
图8～图10所示的致动器100A具有：固定体110A、可动体120A、将可动体120A自由可动地支撑于固定体110A的弹性体130A、交流电供给部140(参照图9)。固定体110A及可动体120A具有与实施方式1的致动器100的固定体110及可动体120相同的功能。
即，可动体120A与实施方式1的可动体120的结构同样地，具有圆盘状的单极磁铁122A。将圆盘状的磁性体123A、124A分别粘接于该单极磁铁122A的磁化方向的上下的磁极面。将在磁化方向(上下方向)上具有规定厚度的上支架151、下支架152固定于磁性体123A、124A。上支架151、下支架152是对相对于可动体120A也就是磁化磁铁122A的、弹性体130A的支撑位置进行设定的部件，在此，调整上支架151、下支架152的厚度，以使其能够由弹性体130A支撑。在该具有厚度的上支架151、下支架152分别接合有以固定端固定于固定体110的、弹性体130A的活动端，可动体130A位于作为基准位置的、水平地架设于固定体110A和可动体120A间的位置。由此，以使可动体120A的可动中心与可动体120A的产生磁距的大致中心(也包括中心)G1(参照图10)一致的方式，将两个弹性体130A安装于可动体120A。
固定体110A具有内置有实施方式1的电磁体单元的固定壳体111A。
固定壳体111A形成有中空部，该中空部经由在顶面及底面的中央部分开口的开口部111b与外部连通，且能够将可动体120A可动地配置于内部。固定壳体111A具有如图9及图10所示那样上下分割的上壳体1111、和下壳体1112。
在上壳体1111及下壳体1112内，以包围中央部分的开口部111b的缘部的方式，配置有电磁体单元(芯部112、芯盖113及线圈部114)。芯部112的磁极芯1121的磁极面116分别配置为，与固定壳体111A的中空部内的可动体120A的外周面相对。
在上壳体1111及下壳体1112的顶面及底面的中央的开口部111b的开口缘部，以将各自的开口部111b塞住的方式，安装有弹性体130A。
弹性体130A具有与弹性体130相同的基本结构，在此以相同材料形成为圆盘状。即，弹性体130A具备羊肠状的板状弹性臂部132A，该板状弹性臂部132A在外周侧具有固定端，在内周侧具有一样地固定于内缘圆形板133a的活动端。
羊肠状的板状弹性臂部132A中的固定端与弹性体130A的外缘环状部133b接合，活动端与内缘圆形板133a接合。外缘环状部133b固定于上下壳体1111、1112的开口部111b的开口缘部，内缘圆形板133a固定于上支架151、下支架152的上下表面。
这样构成的弹性体130A中，板状弹性臂部132A以沿着周向水平地延伸的方式，安装于上下壳体1111、1112的开口部111b的开口缘部、与上支架151、下支架152的外缘之间。各弹性体130A的板状弹性臂部132A沿着开口缘部形成于，上下壳体1111、1112的开口部111b的开口缘部、与上支架151、下支架152的外缘之间。板状弹性臂部132A形成为，比以直线将上下壳体1111、1112的开口部111b的开口缘部、与上支架151、下支架152的外缘连结的长度长，具有对于弹性变形来说充分的长度。弹性体130A以使可动体120A的产生磁距的大致中心G1位于以与可动体120A连接的位置(固定端)的全部为起点的施力方向的延长线上的方式，能够使可动体120A可动地被支撑。
在这样构成的致动器100A中，与致动器100同样地，从交流电供给部140向固定体110A中的电磁体单元的线圈部114进行电力供给。如图11所示，以使卷绕有第一线圈部114-1的磁极芯1121的磁极面116为N极、使与之相对的卷绕有第二线圈部114-2的磁极芯1121的磁极面116为S极的方式供给交流电，来进行励磁。
由此，对于可动体120A，在上下表面侧分别受到箭头D方向的转矩的作用，向D方向的扭转方向位移。此外，线圈部114的线圈绕组与未图示的基板(具备切换开关等的基板)连接。基板也可以对从经由外部端子连接的交流电供给部140向线圈部114的交流电源(交流电压)供给进行控制。
接下来，在弹性体130A因恢复力返回到基准位置时，与实施方式1同样地，向与第一线圈部114-1相邻的第三线圈部114-3(参照图9)、和与之相对的第四线圈部114-4(参照图9)供给交流电流，以成为彼此不同的磁极的方式进行励磁。具体而言，以使第三线圈部114-3为S极、使与该第三线圈部114-3相对的第四线圈部114-4为N极的方式进行励磁。然后，在弹性体130A因恢复力返回到基准位置时，以使第一线圈部114-1旁的第三线圈部114-3为N极的方式进行励磁，以使与第三线圈部114-3相对的线圈部114-4为S极的方式进行励磁。通过在周向上依次交替地重复这些地进行控制，可动体120A以与实施方式1相同的运动原理，进行可动体120A的假想中心线VL(参照图8及图11)画圆的旋进运动等运动。
另外，在本实施方式2中，由多个弹性体130A对进行旋进运动等运动的可动体120A以相对于固定体110A自由可动的方式进行支撑。由此，在对弹性体130A施加冲击时实现应力分散，不易产生故障情况，能够确保可靠性的提高。另外，在固定体110A及可动体120A间架设的弹性体130A配置为，在可动体120A的上下夹持。由此，弹性体130A与实施方式1不同，不需要设置于固定体110A的内部，与实施方式1的结构相比而弹簧设计的自由度较高。这是由于，在将弹性体130配置于固定体110的内部的情况下，在固定体110内还配置有电磁体单元，所以预先决定了弹性体130的配置场所，产生进行在该场所的区域内的弹簧设计的需要。
另外，致动器100A也与致动器100同样地，为具有弹簧质点系统的结构。由此，通过将向线圈部114的输入频率设为与能够根据可动体120A的惯量和弹簧常数决定的共振频率接近的值，来驱动磁路，从而能够抑制功耗，能够提供高效率的致动器。
另外，在致动器100A中，将单极磁铁122A的上表面侧设为N极、下表面侧设为S极，对固定体110A的线圈部114进行励磁使磁极全部为N极。于是，在单极磁铁122A的下表面侧产生吸引力，在上表面侧产生斥力。由此，例如，通过以使全部磁极为S极的方式进行励磁，能够使可动体120A向上方移动，在因弹性体130A的恢复力返回到基准位置的时刻，通过将全部磁极励磁为N极，能够使可动体120A向下方移动。即，通过重复这些，致动器100A与致动器100同样地，能够使可动体120A在上下方向上进行振动。例如，通过使用未图示的基板控制向线圈部114的电源供给，来进行该振动的控制。
另外，与致动器100同样地，也可以将该致动器100A用于图7所示的气泵1。即，在适用了本实施方式的致动器100A的泵中，能够不使用将DC电机的旋转转换为旋进运动的转换机构，仅通过将可动体的上表面、与泵室底面的隔膜直接连接，来使以往的小型泵中的隔膜上下动。由此，与使用了将DC电机的旋转转换为旋进运动的转换机构的专利文献1所示的以往的小型泵的结构相比，能够实现进一步的小型化。
致动器100A也可以适用于气泵以外。另外，致动器100A除了能够作为用于实现气泵1等的旋进运动的驱动源来使用以外，也能够实现双轴旋转运动，也可以用于激光雷达的反射镜驱动用途或需要扫描功能的激光扫描设备等。另外，也能够将致动器100A与致动器100同样地作为美颜器用于按摩器的理美容设备等，来实现小型化。
(实施方式3)
图12是表示本发明的实施方式3的致动器100B的立体图，图13是该致动器100B的主要部分分解立体图。此外，对于表示该致动器100B的主要部分的概略剖面图，除了符号以外，与图3都相同。
实施方式3的致动器100B具有与致动器100相同的基本结构，构成为，与致动器100相比，仅固定体110侧的磁极数及弹性体的板状弹性臂部132的数量不同。对于本实施方式3的致动器100B，使实施方式1的致动器100中的电磁体的磁极(线圈部114及磁极芯1121)的数量为奇数个的三个。
具体而言，致动器100B具有：固定体110B、可动体120B、将可动体120B自由可动地支撑于固定体110B的弹性体(弹性支撑部)130B、和交流电供给部140B(参照图13)。
可动体120B构成为与可动体120相同，在限制了向水平方向的移动的状态下在包括上下方向(磁化方向)的多自由度方向上自由移动地，通过弹性体130B安装于固定体110B。即，在使可动体120B的可动中心与可动体120B的产生磁距的大致中心(也包括中心)一致的状态下，将弹性体130B安装于可动体120B。
致动器100B中，可动体120B相对于固定体110B在上下方向上或者2自由度方向上移动。可动体120B利用自交流电供给部140B的电力供给，不使用旋转轴部件或者作为旋转中心的部件，在规定的角度范围内在正反向上重复旋转往返振动，具体而言，重复在扭转方向上旋转并要向基准位置返回的运动。由此，可动体120B能够进行以绕着假想中心线VL且从假想中心线VL倾斜规定角度地、以通过可动体120B的产生磁距的大致中心的轴线的一端画圆的方式旋转的运动、即进行旋进运动。
固定体110B具有：固定基部111B、芯部112B、芯盖113B、以及线圈部114B。此外，由芯部112B、芯盖113B及线圈部114B构成电磁体单元。
固定基部111B呈有底筒状，在底面部的中央部形成有开口部。以在固定基部111B中包围底面部的中央的开口部的方式配置有电磁体单元。将可动体120B通过弹性体130B配置于该开口部内。
芯部112B具有形成磁极的三个棒状的磁极芯1121(参照图3)。这些磁极芯1121以中央的开口部为中心，在固定基部111B内的底面上配置为放射状。磁极芯1121的一端部的磁极面116沿着开口部的外缘隔开等间隔配置。磁极面116配置为，在与单极磁铁122的磁化方向交叉的方向(这里是正交的方向)上与在固定基部111B的中央部分配置的可动体120B的单极磁铁122相对，且包围单极磁铁122的外周。此外，磁极面116与可动体120B的外周(在此，单极磁铁122的外周的中央部分)相对，且构成为沿着可动体120B的外周的圆弧状。
芯部112B的磁极芯1121(参照图3)分别被具有绝缘性的芯盖113B被覆。在磁极芯1121的外周分别隔着芯盖113B卷绕有线圈部114B，若向线圈部114B供给电流则磁极面116进行励磁。
可动体120B具有：单极磁铁122、磁性体123、124，是与可动体120相同的结构，所以省略对于单极磁铁122、磁性体123、124的说明。
利用进行弹性变形的弹性体130B隔着固定于磁性体124的支架150对该可动体120B进行支撑，使得固定体110B的固定基部111的开口部位于单极磁铁122的磁化方向上。通过改变支架150的厚度，设定弹性体130B对磁化磁铁122的支撑位置、也就是弹性体130B在固定体110B及可动体120B间的架设位置。利用该结构，将固定体110B及可动体120B间的板状弹性臂部132以位于通过可动体120B的产生磁距的大致中心的水平面上的方式，分别固定于固定体110B和可动体120B。并且，配置为放射状的各板状弹性臂部132的架设位置相对于俯视时的可动体120B的中心位于分别对称的位置。本实施方式中，通过在3方配置的三个板状弹性臂部132，自由可动地对可动体120B进行支撑。弹性体130B以使可动体120B的产生磁距的大致中心位于以与可动体120B连接的位置(固定端)的全部为起点的施力方向的延长线上的方式，能够使可动体120B可动地被支撑。另外，俯视时，基准位置处的可动体120B的中心(假想中心线VL)与固定体110B的中心一致。
线圈部114B与线圈部114同样地，隔着具有绝缘性的芯盖113B卷绕于芯部112B的磁极芯1121的外周。线圈部114B与具有磁极面116的磁极芯(与图3所示的磁极芯1121相同的结构，图示省略)共同构成电磁体，用于致动器100B的驱动中。优选线圈部114B的轴心分别与所卷绕的芯部112的磁极芯(图示省略)的轴心相同。线圈部114B的线圈绕组与未图示的基板连接，通过基板与外部端子连接。经由外部端子从交流电供给部140B向线圈部114B供给交流电源(交流电压)。
利用供给电流的流向来适当改变线圈部114B的磁极面116的极性。具体而言，通过从交流电供给部140B供给与可动体120B的共振频率大致相等的频率的交流电，来适当改变线圈部114B的磁极面116的极性。通过这样对线圈部114B进行适当励磁并重复，从而可动体120B可动。
通过使用与弹性体130相同的材料、例如不锈钢、磷青铜等非磁性材料，构成弹性体130B。由此在致动器100B中，能够降低不需要的漏磁通，能够实现致动器100B自身的组装性的提高。在此，弹性体130B使用板簧，由此能够降低致动器100B自身的成本。
弹性体130B具有与弹性体130相同的基本结构。即，弹性体130B具有：板状弹性臂部132，其一端具有固定端的羊肠状部；以及环部134B，其与板状弹性臂部132的另一端部连接，外嵌于可动体120B的周围。
环部134B一体地固定于在可动体120B的外周外嵌的支架150。由此，固定体110B及可动体120B间的板状弹性臂部132的架设位置配置为，在俯视时在等间隔分布的、可动体120B的外周与相对的磁极面116彼此的组之间关于可动体120B的中心为点对称的位置。
这些板状弹性臂部132与实施方式1同样地，以位于通过可动体120B的产生磁距的大致中心的水平面上的方式，分别固定于固定体110B和可动体120B。本实施方式中，经由在3方配置的三个板状弹性臂部132，自由可动地对可动体120B进行支撑。
由此，在使可动体120B的中心与芯部112的各磁极面116间的水平方向上的中心一致的状态下，由固定体110B通过弹性体130B对可动体120B进行保持。不使用相当于旋转轴的部件、轴承等，相对于固定体110B，在限制了向水平方向的移动的状态下能够在包括上下方向(磁化方向)的多自由度方向上移动地，将可动体120B安装于固定体110B。
弹性体130B相对于单极磁铁122的转动方向能够得到恒定的弹簧常数，对可动体120B作用转矩。由此，可动体120B与可动体120同样地在扭转方向上可动(参照图4)。即，能够利用弹性体130B调整致动器100B中的共振频率。
上述结构的致动器100B中，利用向线圈部114B输入的交流波将磁极芯1121、具体为磁极面116磁化，对可动体120的单极磁铁122高效地产生磁吸引力及斥力。
磁极是3个极，所以向三个线圈部114B输入错开了120度相位的电流。由此，通过在周向依次供给错开了相位的电流，从而与4个极结构(致动器100)同样地，使可动体120B以可动体120的假想中心线VL(参照图1及图4)画圆的方式旋进运动。
此外，该致动器100B也与致动器100同样地，满足上述式(2)、(3)，利用使用了上述式(1)所示的共振频率的共振现象进行驱动。根据致动器100B，与致动器100相比，能够减少线圈部114的数量(从4个减少至3个)，能够实现工时的削减。另外，能够减少未图示的驱动电路的开关元件(一般为MOSFET：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)的数量，所以能够实现成本的进一步削减。
另外，致动器100B中，将单极磁铁122B的上表面侧设为N极、下表面侧设为S极，对固定体110B的线圈部114B进行励磁而使磁极全部为N极。于是，在单极磁铁122B的下表面侧产生吸引力，在上表面侧产生斥力。由此，例如，通过将全部磁极设为S极，能够使可动体120B向上方移动，在弹性体130B因恢复力返回至基准位置时，通过对线圈部114B进行励磁而使全部磁极为N极，能够使可动体120B向下方移动。即，通过重复这些，致动器100B能够与致动器100同样地使可动体120B在上下方向上振动。
另外，也可以使该致动器100B与致动器100同样地用于图7所示的气泵1。即，在适用了本实施方式的致动器100B的泵中，能够不使用将DC电机的旋转转换为旋进运动的转换机构，仅通过将可动体的上表面、与泵室底面的隔膜直接连接，来使以往的小型泵的隔膜上下动。由此，与使用了将DC电机的旋转转换为旋进运动的转换机构的专利文献1所示的以往的小型泵的结构相比，能够实现进一步的小型化。
致动器100B也可以适用于气泵以外。另外，对于致动器100B，除了能够作为用于实现气泵1等的旋进运动的驱动源来使用以外，也能够实现双轴旋转运动，也可以用于激光雷达的反射镜驱动用途或需要扫描功能的激光扫描设备等。另外，也能够将致动器100B与致动器100同样地作为美颜器用于按摩器等理美容设备，来实现小型化。
(实施方式4)
实施方式4中，在具备与实施方式1的致动器100同样地构成偶数的磁极的电磁体的致动器100C中，改变励磁的电磁体的极性来驱动可动体120。
图14所示的致动器100C是与致动器100相同的结构。即，固定体110具有在单极磁铁122的周围以等间隔配置的偶数个(这里是4个)电磁体。另外，通过将磁性体123、124安装于以上下方向为磁化方向的单极磁铁122的两磁极面，来构成被电磁体包围的可动体120。单极磁铁122中，以N极将上表面磁化，以S极将下表面磁化。
对于该结构的致动器100C，对相邻的两个第一组的电磁体(分别具有第一线圈部114-1和第三线圈部114-3的电磁体)的磁极以同磁极(例如、N极)进行励磁，对与第一组的电磁体相对的第二组的电磁体(分别具有第二线圈部114-2和第四线圈部114-4的电磁体)的磁极以与第一组的电磁体的磁极相反的磁极(例如、S极)进行励磁。
于是，可动体120在以可动中心为基准在倾斜的方向上位移。而且，在该可动体120倾斜并准备向原来的位置(基准位置)返回时，将向构成各组的电磁体(具体为线圈部114)的供给电源的电流的流向切换为反向。由此，在可动体120因弹性体130的恢复力移动至原来的位置时，由于被与之前的极性不同的磁极励磁的第一组的电磁体和第二组的电磁体，可动体以中心C1为中心向与之前的倾斜相反的方向倾斜。通过重复该动作，可动体120以中心线C1为基准在中心线C周围进行往返摆动运动。由此，致动器100C能够对可动体120施加振动，能够作为发电机来使用。另外，也能够将致动器100C与致动器100同样地作为美颜器用于按摩器的理美容设备等，来实现小型化。
此外，对于各实施方式中的单极磁铁122、122A、122B的上下的磁极面的极性，也可以以S极将上表面侧、也就是表面侧磁化，以N极将下表面侧、也就是背面侧磁化。在该情况下，在各致动器100、100A、100B中，为了进行与上述的致动器100、100A、100B中的可动体120、120A、120B的运动相同的运动，对固定体110、110A、110B侧的磁路进行改变。具体而言，使在对应的线圈部114、114B中电流流过的方向反向。
另外，对于各实施方式的致动器100、100A、100B、100C，构成为磁极位置在可动体120的外周侧的内转子式。由此，与使可动体位于固定部的外侧的外转子式相比，不需要在可动体的外部另外设置对可动的可动体进行保持的机构，能够实现进一步的薄型化。并且，致动器100、100A、100B、100C能够适用PM(PM：PowerManagement，电源管理)驱动方式，所以一般地，与VCM的驱动方式相比能够增大输出。
此外，上述本发明只要不脱离本发明的精神，可以进行各种改变，而且本发明显然包括该改变后的内容。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。此外，以上的说明是本发明的适宜的实施方式的例证，本发明的范围不限于此。也就是，关于上述装置的构成或各部分的形状的说明是一例，显然能够在本发明的范围内对这些例子进行各种变更和追加。
在2014年4月25日提出的日本专利申请特愿2014-091860号中包含的说明书、附图及摘要的公开内容全部引用于本申请。
工业实用性
对于本发明的致动器，具有便于以简易的结构组装、以及能够在实现低成本化、基于薄型化的小型化的同时实现高输出的效果，作为能够适用于使可动体旋进运动的装置的致动器是有用的。
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