JP2006204003A - 振動型リニアアクチュエータ及びこれを用いた電動歯ブラシ - Google Patents

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Abstract

【課題】小型で効率のよいものとする。
【解決手段】巻線4を備えた筒状の固定子2内に磁性体を備えた筒状の可動子6を配設して巻線への電流印加で可動子が軸方向の往復運動を行うものであり、可動子に挿通され且つ軸方向の往復動が可動子に対して自在とされている出力取り出し用のシャフト13と、該シャフト13を上記可動子6に対して逆位相で往復動させる連動部材15,16,17とを備える。出力取り出し用のシャフトが可動子の慣性による振動の打ち消し部材となるようにしたものである。
【選択図】図1

Description

本発明は、振動型リニアアクチュエータ及びこれを用いた電動歯ブラシに関するものである。
振動型リニアアクチュエータ、殊に電動歯ブラシの駆動源として好適に用いることができる形態の振動型リニアアクチュエータとして、巻線を備えた筒状の固定子内に、磁性体を備えた筒状の可動子が配設するとともに該可動子に出力取り出し用のシャフトを固定したものがある(特許文献1参照)。
また、上記形態の振動型リニアアクチュエータでの可動子の慣性力による振動という問題点に対処したものとして、可動子とは別に動くことで不要振動を打ち消す吸振錘を設けたものもある(特許文献2参照)。
しかし、可動子と逆位相で動く吸振錘によって振動低減を行う場合、可動子とは別に吸振錘を設けるためにどうしてもサイズが大きくなる上に、可動子及び吸振錘を含む可動部の重量が重くなるために、往復運動させるのに必要なエネルギーも大きくなってしまう。
従って、この振動型リニアアクチュエータを駆動源として用いた電動歯ブラシも、小型化及び省エネルギー化の点で制限を有するものとなっている。
特開2002−176758号公報 特許第3475949号公報
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、小型で効率のよい振動型リニアアクチュエータとこれを用いた電動歯ブラシを提供することを課題とするものである。
上記課題を解決するために本発明に係る振動型リニアアクチュエータは、巻線を備えた筒状の固定子内に磁性体を備えた筒状の可動子が配設されて上記巻線への電流印加で可動子が軸方向の往復運動を行う振動型リニアアクチュエータであって、上記可動子に挿通され且つ軸方向の往復動が可動子に対して自在とされている出力取り出し用のシャフトを備えるとともに、該シャフトを上記可動子に対して逆位相で往復動させる連動部材を備えていることに特徴を有している。
出力取り出し用のシャフトが可動子の慣性による振動の打ち消し部材となるようにしたものである。
この時、上記可動子がシャフトと可動子との間に配された軸受部材によって支持されたものとすると、全体としての外径を細くすることに有利となり、可動子が固定子と可動子との間に配された軸受部材によって支持されているものとすると、可動子と固定子との間の磁気空隙をシャフトの撓みなどの影響を受けることなく一定に保つことができて安定した磁気推力を得ることができるものとなる。
また上記軸受部材が転がり部材とこの転がり部材を保持する非磁性体製の保持部材とからなるものとすれば、転がり部材が磁性材であっても駆動力を発生する磁気回路の磁力に直接吸引されないために駆動ロスを低減することができる。
また軸受部材が非磁性体製の転がり部材とこの転がり部材を保持する保持部材とからなるものとすれば、駆動力を発生する磁気回路の磁力に転がり部材が吸引されないために駆動ロスを低減することができる。
上記連動部材としては、可動子とシャフトとを連結するばね材を好適に用いることができる。この場合、可動子及びシャフトをばね振動系として扱うことができるために、大出力の取り出しが容易となる。
上記連動部材として、可動子とシャフトとを連結するリンク材を用いてもよく、この場合にはシャフトの往復動をより確実に行うことができる。
そして本発明に係る電動歯ブラシは、上記の振動型リニアアクチュエータを駆動源とするとともに上記シャフトによって駆動される歯磨き用ブラシを備えていることに特徴を有するものであり、小型軽量で且つ低振動のものを得ることができる。
本発明は、磁気駆動によって往復駆動される可動子に対して出力取り出し用のシャフトを逆位相で動かすことによって、出力取り出し用のシャフトが振動打ち消し用の部材として機能するようにしたものであり、不要振動の低減に別途吸振錘を必要としないために小型化及び軽量化の点で有利なものであり、また駆動に必要なエネルギーも少なくてすむために、この点においても小型化に有利なものである。
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図1及び図2は本発明の振動型リニアアクチュエータ30の一実施形態における断面図と分解斜視図であり、筒状のシールドケース1内に筒状の固定子2を固定してあるとともに、シャフト13を軸受14,14によって軸方向Aに往復動自在に取り付けてある。上記固定子2はコイルボビン3に巻線4を巻装したコイル部材と該コイル部材のコイルボビン3の両側に筒状のステータ5,5を設けたものとして構成してある。
この固定子2内部には筒状の可動子6を配設してある。シャフト13に軸受20,20を介して取り付けられることで固定子2の内周面との間に所要の磁気空隙7を介している可動子6は、磁性体よりなる筒状のヨーク8と該ヨーク8の軸方向A両側に配した筒状の永久磁石9,9とからなるもので、永久磁石9はその外周面が上記ステータ5の内周面と対応する位置関係としてある。また永久磁石9は軸方向Aの両端面が互いに異極となっているとともに軸方向Aにおいて間隔をおいている2つの永久磁石9の軸方向A外側となる面が互いに同極となっている。さらに、永久磁石9の軸方向Aの両側には連結部材11を介して前記軸受20と重量調整用の錘10とを配している。なお、ここでは可動子6が永久磁石9を備えたものを示したが、磁性体であればよく、永久磁石9でなくてもよい。
そして筒状の可動子6を貫通する軸孔12に前記シャフト13が挿通されているわけであるが、このシャフト13に対して可動子6は前記軸受20,20によって軸方向移動が自在となっており、また、可動子6の軸方向A一端とシールドケース1の一端内面との間にはコイルばねからなるばね材15を配置し、可動子6の軸方向A他端とシャフト13に設けたばね受け片との間にコイルばねからなるばね材17を配置し、更にシャフト13のばね受け片とシールドケース1の他端内面との間にコイルばねからなるばね材16を配置してある。
これらばね材15,16,17は、可動子6とシャフト13とをばね振動系のものとすると同時に、可動子6とシャフト13の質量に応じたばね定数の設定並びに巻線4へ印加する交番電流の周波数が上記ばね振動系の共振周波数付近に設定されることにより、固定子2と可動子6との間に構成される磁気回路によって可動子6に軸方向Aの往復運動を共振状態で行わせる際、可動子6に対してシャフト13を逆位相で往復動させる連動部材として機能する。
シャフト13と可動子6とが互いの不要振動を打ち消すために、可動子6とシャフト13とは別に吸振錘を設ける必要がないものであり、また可動子6の軸孔12にシャフト13を挿通していることから、低振動を実現しながら振動型リニアアクチュエータ30の小型化が可能となっているものであり、さらには可動部全体の質量を小さくすることができるために、振動型リニアアクチュエータ30の効率を増加させることが可能となる。
上述の実施例では可動子6の支持を軸受20,20を介してシャフト13で行うことで、軸受20を固定子2の内周位置から外れたところに配置できるようにして、振動型リニアアクチュエータ30の径方向Bの小型化を図っているが、図3に示すように、固定子2の内周面と可動子6の外周面との間に軸受20を配してもよい。この場合、可動子6と固定子2との間の磁気空隙7をシャフト13の撓みなどの影響を受けることなく一定に保つことができるために、さらに安定した磁気推力を得ることができる。なお、軸受20は固定子2が固定されているシールドケース1と可動子6との間にを設けてもよい。
ところで、軸受20は転がり部材(図示例では球)21とこれを保持する保持部材22とからなるものである場合、転がり部材21もしくは保持部材22の少なくとも一方が非磁性体であることが好ましい。転がり部材21が磁気回路の磁力の影響でその動きが妨げられることによる駆動ロスを低減することができる。
図4に別の実施例を示す。これは可動子2に対してシャフト13を逆位相で動かすための連動部材として、中程がシールドケース1に軸支され且つ一端が可動子6に、他端がシャフト13に連結されたリンク23を用いたもので、可動子6が往復動を行う時、その振動周波数に拘わらず、シャフト1は逆位相で往復動を行う。
本発明に係る振動型リニアアクチュエータは種々の駆動源として用いることができるが、電動歯ブラシの駆動源とした場合の一例を図5に示す。電動歯ブラシの略筒状をしたハウジング31内にはその長手方向Cにおいて上記の振動型リニアアクチュエータ30と電源としての電池32とを直列に配置してある。図中33は制御回路である。そしてハウジング31の長手方向Cの端部から突出させたシャフト13の一端に歯磨き用ブラシ34を取り付けることで、ブラシ34に往復運動を行わせるものである。この電動歯ブラシでは、駆動源である振動型リニアアクチュエータが低振動であることに加えて、軽量な故に取り出せる出力が大であり、しかも小型であることから、取り扱いのしやすいものとなっている。
本発明の実施の形態の一例の断面図である。 同上の分解斜視図である。 他例の断面図である。 他の実施の形態の一例の断面図である。 本発明に係る電動歯ブラシの一例の断面図である。
符号の説明
2 固定子
4 巻線
5 可動子
9 永久磁石
13 シャフト
15 ばね材
16 ばね材
17 ばね材

Claims (8)

  1. 巻線を備えた筒状の固定子内に磁性体を備えた筒状の可動子が配設されて上記巻線への電流印加で可動子が軸方向の往復運動を行う振動型リニアアクチュエータであって、上記可動子に挿通され且つ軸方向の往復動が可動子に対して自在とされている出力取り出し用のシャフトを備えるとともに、該シャフトを上記可動子に対して逆位相で往復動させる連動部材を備えていることを特徴とする振動型リニアアクチュエータ。
  2. 上記可動子はシャフトと可動子との間に配された軸受部材によって支持されていることを特徴とする請求項1記載の振動型リニアアクチュエータ。
  3. 上記可動子は固定子と可動子との間に配された軸受部材によって支持されていることを特徴とする請求項1記載の振動型リニアアクチュエータ。
  4. 上記軸受部材は転がり部材とこの転がり部材を保持する非磁性体製の保持部材とからなることを特徴とする請求項2または3記載の振動型リニアアクチュエータ。
  5. 上記軸受部材は非磁性体製の転がり部材とこの転がり部材を保持する保持部材とからなることを特徴とする請求項2または3記載の振動型リニアアクチュエータ。
  6. 上記連動部材は可動子とシャフトとを連結するばね材であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の振動型リニアアクチュエータ。
  7. 上記連動部材は可動子とシャフトとを連結するリンク材であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の振動型リニアアクチュエータ。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載の振動型リニアアクチュエータを駆動源とするとともに上記シャフトによって駆動される歯磨き用ブラシを備えていることを特徴とする電動歯ブラシ。
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