JP3945254B2 - 電動歯ブラシ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は歯ブラシのバス駆動（直線往復駆動）の駆動源としてリニアオシレータからなるアクチュエータを備えている電動歯ブラシに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動歯ブラシの駆動源として、近年、軸方向の往復動が自在な駆動軸を交番電流が印加される電磁気回路によって往復駆動するリニアオシレータからなるアクチュエータを備えたものが提供されている。図７にその一例を示す。
【０００３】
リニアオシレータであるアクチュエータＡは、歯ブラシ１が一端に装着される駆動軸２に取り付けられた円柱状で且つ鉄材などの磁性体にて形成されたプランジャー３と、プランジャー３の廻りに配設した環状のコイル１０と、シールドケース２２の内面に固定された上記コイル１０の軸方向両側に配されているとともにコイル１０に対して対称に着磁された環状の永久磁石８，１２とを主体とするもので、上記永久磁石８，１２とコイル１０との間には環状の第１のヨーク９，１１が配置され、永久磁石８，１２のヨーク９，１１と反対側の位置には環状の第２のヨーク７，１３が配されている。そして駆動軸２はシールドケース２２の両端の軸受台４，１７に設けられたスラスト軸受５，１６によって軸方向往復動自在に保持されている。また、軸受５とプランジャー３との間にはばね１９が配されており、プランジャー３と軸受１６との間には、ばね２０と吸振錘１８とばね２１とが配置されている。図中６，１５はばね受け、１４は永久磁石１２とヨーク１１，１３の固定用のケース、２３はシールドケース２２から突設されてケース１４を固定している突片である。
【０００４】
コイル１０に電流を流していない時は、永久磁石８，１２がヨーク７，９，１１，１３を介してプランジャー３に及ぼす磁力とばね１９，２０，２１のばね力が釣合い、プランジャー３は静止している。
【０００５】
コイル１０に一方向電流を流すと、２つの永久磁石８，１２のうち一方の磁束が弱められるために他方の磁石側に移動し、コイル１０に逆方向の電流を流せば、今度は逆方向に移動することから、コイル１０に交流電流が流れる時、プランジャー３（駆動軸２）は軸方向の往復振動運動を行う。
【０００６】
このとき、プランジャー３や駆動軸２及び歯ブラシ１の可動部と吸振錘１８との軸方向運動に着目すると、コイルばねで構成したばね１９，２０，２１の存在により、３質点系の振動モデルと考えることができ、これを動作させたとき、可動部と吸振錘１８が同位相で動く振動モード（１次の低次側の固有振動数）と可動部と吸振錘１８が逆位相で動く振動モード（２次の高次側の固有振動数）とがあるが、後者の逆位相を利用する時、可動部と吸振錘１８のそれぞれの慣性力が打ち消しあうことになり、シールドケース２２等の固定部に伝わる力は小さくなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このために、上記リニアオシレータであるアクチュエータＡを備えた電動歯ブラシは、従来、図８に示すように、初期設定の固定周波数のパルスで駆動して、上記逆位相による吸振動作が得られるようにしていた。図中イは無負荷振幅、ロは負荷振幅、ハは無負荷電流、ニは負荷電流である。
【０００８】
この場合、歯ブラシ１として他の異なる形態のものを使用した場合、可動部の重量が変化するために、図９あるいは図１０に示すように、振幅及び消費電流が変化してしまうものであり、規定の特性を確保することができない。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは歯ブラシとして異なる重量のものを取り付けても特性変動を招くことがない電動歯ブラシを提供するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、軸方向の往復動が自在な駆動軸を交番電流が印加される電磁気回路によって往復駆動するリニアオシレータからなるアクチュエータを具備するとともに、上記駆動軸に歯磨き用のブラシを着脱自在に装着した電動歯ブラシにおいて、駆動軸の変位と駆動軸の速度と電磁気回路に流れる電流の少なくとも一つを検出する検出手段と、該検出手段の検出出力に応じて電磁気回路への供給電流を閉回路制御して駆動軸の振幅を一定に保つとともに電流の共振点の周波数にて駆動する制御手段とを備えていることに特徴を有している。重さの異なる歯ブラシが装着された時にも、一定振幅・一定消費電流での駆動を行うことができる。この時、無負荷時と負荷時とで同じ制御を行うのはもちろんである。
【００１１】
検出手段としては、駆動軸の速度がゼロの時点から所定時間経過時の速度を検出するものや、駆動軸の変位からその振幅を検出するものを好適に用いることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、上記のようなリニアオシレータからなるアクチュエータＡによって歯ブラシ１のバス駆動を行うにあたり、図１に示すように、駆動用の電磁気回路であるコイル１０に供給する入力電流を制御する制御部Ｃ及び該制御部Ｃの出力に応じた入力電流をコイル１０に供給する入力電流部Ｄを設けている。
【００１３】
上記制御部Ｃは、駆動用の電磁気回路であるコイル１０に流れる電流を検出する電流検出部２６と、この電流検出部２６の出力値に応じてコイル１０に供給する入力電流を決定する入力電流判定部２７と、電流検出部２６の出力から可動部の移動方向を検出する移動方向検知部２８と、移動方向検知部２８の出力から入力電流の方向（極性）を決定する入力電流方向判定部２９とを備えたもので、入力電流判定部２７で決定された値で且つ入力電流方向判定部２９で決定された極性の入力電流が電流入力部Ｄによりコイル１０に供給される。この時、コイル１０への駆動電流は電流の共振点（電流の最小点）において与えられる。
【００１４】
もちろん、上記のコイル１０に流れる電流値に応じた入力電流（駆動電流）の閉回路制御動作は、無負荷時だけでなく、負荷時においても行うものであり、電流の共振点の周波数で駆動することになるために、歯ブラシ１の重さが変わった時にも、一定振幅・一定消費電流でのアクチュエータＡの駆動を行うことができるものであり、また、負荷が加わった時の振幅の減少を少なくすることができる。
【００１５】
図２に他例を示す。ここではアクチュエータＡ内に可動部の往復振動の速度に応じた電圧を出力する速度検知手段３１を配置し、制御部Ｃには速度検知手段３１の出力電圧を基準電圧と比較してその差から可動部の速度を判断する速度検知部３２と、速度検知部３２で判断した速度から入力電流を決定する入力電流判定部２７と、速度検知部３２の出力から可動部の移動方向を検出する移動方向検知部２８と、移動方向検知部２８の出力から入力電流の方向極性を決定する入力電流方向判定部２９とを設けている。
【００１６】
そして図３に示すように、速度検知信号は半周期毎に変化することから、速度がゼロ（往復振動の折り返し点）から所定時間ｔ０が経過した時点での速度を電圧Ｖ０として検出し、この電圧値Ｖ０に応じて時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間の電流入力時間幅（ｔ２−ｔ１）を制御する。
【００１７】
図４に示すように、予め設定してある時刻τ１から時刻τ２までの電流入力時間内に供給する電流値Ａ０を電圧の大きさを変えることで制御するようにしてもよい。
【００１８】
なお、図５に示すように、速度Ｖ０が小さいほど電流入力時間幅（ｔ２−ｔ１）を長くしたり、電流値Ａ０を大きくする制御を行う。また、最大速度時ｔ３が電流入力時間内に入るように方形パルス状の電流入力を行うことで、機械出力の効率低下が生じないようにしておく。この場合においても、無負荷時だけでなく、負荷時においても同じ制御を行って、歯ブラシ１として異なる重量のものが装着された時にも一定振幅・一定消費電流でのアクチュエータＡの駆動を行う。
【００１９】
図６に別の例を示す。ここではアクチュエータＡ内に可動部の変位を検出する変位検知手段３３を配置し、制御部Ｃには変位検知手段３３の出力から可動部の変位を判断する変位検知部３４と、変位検知部３４で判断した変位から入力電流を決定する入力電流判定部２７と、変位検知部３４の出力から可動部の移動方向を検出する移動方向検知部２８と、移動方向検知部２８の出力から入力電流の方向極性を決定する入力電流方向判定部２９とを設けている。ここでの入力電流判定部２７は、変位検知部３４で検出される最大変位（振幅）が一定となるように入力電流を決定するものであり、歯ブラシ１の重さが変わっても、また、無負荷時及び負荷時のいずれにおいても上記閉回路制御がなされることで、可動部の振幅は一定となる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、軸方向の往復動が自在な駆動軸を交番電流が印加される電磁気回路によって往復駆動するリニアオシレータからなるアクチュエータを具備するとともに、上記駆動軸に歯磨き用のブラシを着脱自在に装着した電動歯ブラシにおいて、駆動軸の変位と駆動軸の速度と電磁気回路に流れる電流の少なくとも一つを検出する検出手段と、該検出手段の検出出力に応じて電磁気回路への供給電流を閉回路制御して駆動軸の振幅を一定に保つとともに電流の共振点の周波数にて駆動する制御手段とを備えているために、重さの異なる歯ブラシが装着された時にも、一定振幅・一定消費電流での駆動を行うことができるものであり、この時、無負荷時と負荷時とで同じ制御を行うことにより、負荷時においてもその振幅減少を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例のブロック回路図である。
【図２】同上の他例のブロック回路図である。
【図３】同上の動作を示すタイムチャートである。
【図４】同上の他の動作を示すタイムチャートである。
【図５】同上の制御の説明図である。
【図６】別の例のブロック回路図である。
【図７】アクチュエータの一例を示す断面図である。
【図８】従来例における特性図である。
【図９】同上の可動部質量が変化した時の特性図である。
【図１０】同上の可動部質量が変化した時の特性図である。
【符号の説明】
Ａ アクチュエータ
Ｃ 制御部
Ｄ 電流入力部
１ 歯ブラシ
２ 駆動軸
３ プランジャー
１０ コイル

Claims (4)

1. 軸方向の往復動が自在な駆動軸を交番電流が印加される電磁気回路によって往復駆動するリニアオシレータからなるアクチュエータを具備するとともに、上記駆動軸に歯磨き用のブラシを着脱自在に装着した電動歯ブラシにおいて、駆動軸の変位と駆動軸の速度と電磁気回路に流れる電流の少なくとも一つを検出する検出手段と、該検出手段の検出出力に応じて電磁気回路への供給電流を閉回路制御して駆動軸の振幅を一定に保つとともに電流の共振点の周波数にて駆動する制御手段とを備えていることを特徴とする電動歯ブラシ。
2. 無負荷時と負荷時とで同じ制御を行うことを特徴とする請求項１記載の電動歯ブラシ。
3. 検出手段が駆動軸の速度がゼロの時点から所定時間経過時の速度を検出するものであることを特徴とする請求項１または２記載の電動歯ブラシ。
4. 検出手段が駆動軸の変位からその振幅を検出するものであることを特徴とする請求項１または２記載の電動歯ブラシ。

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