JP3987807B2

JP3987807B2 - アクチュエータ及びこれを用いた電動歯ブラシ

Info

Publication number: JP3987807B2
Application number: JP2003041636A
Authority: JP
Inventors: 祐也長谷川; 勝弘平田; 大樹海老原; 粛鳥居
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2023-02-19
Also published as: JP2004254409A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアクチュエータ、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アクチュエータとこれを用いた電動歯ブラシに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動歯ブラシにおける歯ブラシは、バス磨き用であれば往復直線運動を、ローリング磨き用であれば軸回りの所定角度内の往復回動運動を行うのであるが、電動歯ブラシに用いられている駆動源には、通常の軸回り回転を行うモータを用いたものが多く、この場合、運動変換機構を介して上記の往復直線運動もしくは往復回動運動を行わせている。また、運動変換機構として上記の両種運動を切り換えることができるようにしたものも提供されている。
【０００３】
電動歯ブラシに用いられている駆動源には、リニア振動型のアクチュエータも提供されている。特開２００２−０７８３１０号公報に示された上記アクチュエータは、歯ブラシに直結されることになる出力軸の軸方向の往復振動を直接発生させるものであり、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。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−０７８３１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のアクチュエータが発生させることができる動きは軸方向の往復振動だけであり、従って電動歯ブラシの駆動源としてみた場合、バス磨きしか行うことができないものであり、ローリング磨きも行わせることができるようにするには、別途運動変換機構を用いなくてはならない。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは運動変換機構を必要とせずに軸方向の往復運動と軸回りの所定角度内の回動運動とを選択的に行わせることができる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にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明に係るアクチュエータは、強磁性体で形成された一対の固定子と、軸方向に間隔をおいて位置する上記一対の固定子間に位置して軸方向移動及び軸回りの所定角度内の回動が自在となっている可動子とを備え、上記の各固定子は磁石を介在させることによって上記軸回り方向において少なくとも２極に分割されているとともに各極部は対向する他方の固定子側に向けて突出する突起を備えており、軸方向両端面が夫々固定子の磁石を挟んだ２つの極部に対向し且つ両端部の両側面が固定子の磁石を挟んだ２つの極部の上記突起の側面に対向する可動子は、軸方向に巻かれてその励磁によって可動子の両側を異極に磁化する軸方向駆動用のコイルと、軸方向と直交する方向に巻かれてその励磁によって可動子の軸方向両端を異極に磁化する軸回り回動駆動用のコイルとが巻回されていることに特徴を有している。軸方向駆動用のコイルに電流を供給すれば、可動子の異極に磁化される両側の軸方向端部と、固定子の磁石を挟んだ２極との間に働く電磁力で可動子は軸方向に駆動される。また、軸回り回動駆動用のコイルに電流を供給すれば、可動子の異極に磁化される軸方向端部の両側面と、固定子を磁石を挟んだ２極の突起との間に働く電磁力によって可動子は軸回り方向に駆動される。
【０００８】
この場合、固定子は磁石の介在によって４極に分割されており、各極の突起間に位置する可動子は総計４つが配置されていることが好ましい。
【０００９】
また、可動子はその軸方向の両端の両側が夫々固定子の突起に向けて突出するＨ字形となっており、軸方向中央部の狭部に回動駆動用のコイルが巻回されていることが好ましい。
【００１０】
そして本発明に係るアクチュエータは、軸方向に間隔をおいて位置するとともに軸方向移動及び軸回りの所定角度内の回動が自在となっている一対の可動子と、上記一対の可動子間に位置する固定子とを備え、上記の各可動子は磁石を介在させることによって上記軸回り方向において少なくとも２極に分割されているとともに各極部は対向する他方の可動子側に向けて突出する突起を備えており、軸方向両端面が夫々可動子の磁石を挟んだ２つの極部に対向し且つ両端部の両側面が可動子の磁石を挟んだ２つの極部の上記突起の側面に対向する固定子は、軸方向に巻かれてその励磁によって固定子の両側を異極に磁化する軸方向駆動用のコイルと、軸方向と直交する方向に巻かれてその励磁によって固定子の軸方向両端を異極に磁化する軸回り回動駆動用のコイルとが巻回されていることに他の特徴を有している。固定子と可動子とを前記のものと入れ換えたこのものにおいても、いずれのコイルに電流を供給するかによって、可動子を軸方向に駆動したり、軸回り方向に駆動したりすることができる。
【００１１】
また、このものにおいても、可動子は磁石の介在によって４極に分割されており、各極の突起間に位置する固定子は総計４つが配置されていることが好ましく、固定子はその軸方向の両端の両側が夫々可動子の突起に向けて突出するＨ字形となっており、軸方向中央部の狭部に回動駆動用のコイルが巻回されていることが好ましい。
【００１２】
次に本発明に係る電動歯ブラシは、上記に記載のアクチュエータを歯ブラシの軸方向駆動及び軸回りの所定角度内の回動駆動用の駆動源としていることに特徴を有している。運動変換機構を介することなく歯ブラシに軸方向運動と軸回りの回動運動とを選択的に行わせることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例を図１及び図２に基づいて詳述すると、このアクチュエータは、鉄などの強磁性体で形成された一対の固定子１，１と、両固定子１，１間に配された可動子２とからなり、可動子２に２種のコイル３，４が巻回されたもので、リング状であるとともに磁石５が途中に配されることによって周方向において４極に分割されている上記両固定子１，１は、軸方向において所定の間隔で配されてケース６に固定されている。そして各固定子１，１における各極部の周方向中央には、他方の固定子１側に向けて突出する突起１０が形成されている。尚、磁石５に付した図１中の矢印は磁力線の方向を示している。
【００１４】
固定子１，１の中央を通る出力軸７に固定されている可動子２は、一対の固定子１，１間に配されるもので、出力軸７とともに軸方向移動及び軸回りの回動が自在となっており、その軸方向両端面は夫々固定子１，１の磁石５を挟んだ２つの極部に対向しており、さらに軸方向両端部の両側面が固定子１の磁石５を挟んだ２つの極部の突起１０，１０の側面に対向している。図２中の８は出力軸７を支持している軸受である。
【００１５】
また可動子２には前述のように２種のコイル３，４が巻回されているが、コイル３は軸方向に巻かれており、コイル４は軸方向と直交する方向に巻かれている。コイル３に電流を供給して励磁すれば、可動子２はその両側が異極に磁化され、コイル４に電流を供給して励磁すれば、可動子２はその軸方向両端が異極に磁化される。
【００１６】
ここで、可動子２の両端の両側は、固定子１における磁石５を挟んだ互いに異極の２極に軸方向において夫々対向していることから、コイル３に交番電流を供給すれば、図３に示すように可動子２は軸方向の往復運動を行うことになる。
【００１７】
また、可動子２の軸方向両端の両側面は、固定子１における磁石５を挟んだ互いに異極の２極の各突起１０の側面に対向していることから、コイル４に交番電流を供給すれば、図４に示すように可動子２は軸回りの往復回動運動を行うことになる。
【００１８】
従って、可動子２が固定された出力軸７に歯ブラシを直結した場合、歯ブラシにバス磨きのための往復直線運動とローリング磨きのための往復回動運動とを行わせることができる。
【００１９】
なお、このようなアクチュエータを電動歯ブラシの駆動源とする場合、歯ブラシの駆動をきわめて高速で行うことができるために、軸方向運動のストローク及び往復回動運動の時の回動角を大きくすると、歯と歯ブラシとの間の摩擦熱が問題となってしまうことから、上記ストロークは数ｍｍ及び回動角は５°以内といった微小なものでよい。
【００２０】
上記の例では可動子２が一つだけであるものを示したが、固定子１が４極に分割されている場合、図５に示すように４つの可動子２を配置することができ、この場合、展開図で示した図６に示すように、隣り合う可動子２，２のコイル３，３に流す電流方向を逆にすることで、全可動子２，２の軸方向駆動を同一方向とすることができ、また展開図で示した図７に示すように、隣り合う可動子２，２のコイル４，４に流す電流方向を逆にすることで、全可動子２，２の軸回りの回動駆動を同一方向とすることができる。
【００２１】
可動子２の軸方向の両端の両側を夫々固定子１，１の突起に向けて突出させることで可動子２がＨ字形となるようにしてコイル４を軸方向中央部の狭部に巻回しているのは、コイル４の巻くスペースを広くとることができるようにしているためである。
【００２２】
固定子１と可動子２とは逆に構成してもよい。図８及び図９はこの場合の一例を示しており、軸方向に間隔を置いて配置した一対の可動子２，２はその中心を貫通する出力軸７に固定されている。また、可動子２，２は磁石５によって４極に分割されており、各極の中央には他方の可動子２側に向けて突出する突起２０を備えている。両可動子２，２間に配した固定子１は、その軸方向両端面が夫々可動子２，２の磁石５を挟んだ２つの極部に対向しており、さらに軸方向両端部の両側面が可動子２の磁石５を挟んだ２つの極部の突起２０，２０の側面に対向している。
【００２３】
またケース７に固定された固定子１には、軸方向に巻かれたコイル３と、軸方向と直交する方向に巻かれているコイル４とが巻回されている。この固定子１を軸方向両端が両側に突出したＨ字形としているのは前述の可動子２の場合と同じ理由である。
【００２４】
この場合においても、コイル３に交番電流を供給すれば、可動子２が軸方向に往復駆動され、コイル４に交番電流を供給すれば、可動子２は軸回りの往復回動駆動される。
【００２５】
図１０は４極に分割されている可動子２に対応させて４つの固定子１を配置した場合を示している。
【００２６】
磁石５による分割を４極となるようにした例で示したが、２極に分割したものであってもよいのはもちろんであり、また固定子１（可動子２）を２極に分割したものにおいて２つの可動子２（固定子１）を設けたり、固定子１（可動子２）を４極に分割したものにおいて２つの可動子２（固定子１）を設けたりしたものであってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、強磁性体で形成された一対の固定子と、軸方向に間隔をおいて位置する上記一対の固定子間に位置して軸方向移動及び軸回りの所定角度内の回動が自在となっている可動子とを備え、上記の各固定子は磁石を介在させることによって上記軸回り方向において少なくとも２極に分割されているとともに各極部は対向する他方の固定子側に向けて突出する突起を備えており、軸方向両端面が夫々固定子の磁石を挟んだ２つの極部に対向し且つ両端部の両側面が固定子の磁石を挟んだ２つの極部の上記突起の側面に対向する可動子は、軸方向に巻かれてその励磁によって可動子の両側を異極に磁化する軸方向駆動用のコイルと、軸方向と直交する方向に巻かれてその励磁によって可動子の軸方向両端を異極に磁化する軸回り回動駆動用のコイルとが巻回されているために、軸方向駆動用のコイルに電流を供給すれば、可動子の異極に磁化される両側の軸方向端部と、固定子の磁石を挟んだ２極との間に働く電磁力で可動子は軸方向に駆動され、軸回り回動駆動用のコイルに電流を供給すれば、可動子の異極に磁化される軸方向端部の両側面と、固定子を磁石を挟んだ２極の突起との間に働く電磁力によって可動子は軸回り方向に駆動されるものであり、従って可動子に軸方向運動と軸回りの回動運動の両方を行わせることができる。
【００２８】
この場合、固定子は磁石の介在によって４極に分割され、各極の突起間に位置する可動子は総計４つが配置されていると、発生推力及びトルクを大きくすることができる。
【００２９】
また、可動子はその軸方向の両端の両側が夫々固定子の突起に向けて突出するＨ字形となっており、軸方向中央部の狭部に回動駆動用のコイルが巻回されていることが好ましい。コイルの巻回スペースを大きくすることができるために、コイルの巻数を多くすることができ、推力やトルクを大きくすることができる。
【００３０】
そして、軸方向に間隔をおいて位置するとともに軸方向移動及び軸回りの所定角度内の回動が自在となっている一対の可動子と、上記一対の可動子間に位置する固定子とを備え、上記の各可動子は磁石を介在させることによって上記軸回り方向において少なくとも２極に分割されているとともに各極部は対向する他方の可動子側に向けて突出する突起を備えており、軸方向両端面が夫々可動子の磁石を挟んだ２つの極部に対向し且つ両端部の両側面が可動子の磁石を挟んだ２つの極部の上記突起の側面に対向する固定子は、軸方向に巻かれてその励磁によって固定子の両側を異極に磁化する軸方向駆動用のコイルと、軸方向と直交する方向に巻かれてその励磁によって固定子の軸方向両端を異極に磁化する軸回り回動駆動用のコイルとが巻回されているものにおいても、可動子を軸方向に駆動すること及び軸回り方向に駆動することができるものであり、しかもコイルは固定子に巻回することから、可動子にコイルを巻回したものに比して、コイルが断線する虞を小さくすることができる。
【００３１】
また、このものにおいても、可動子が磁石の介在によって４極に分割され、各極の突起間に位置する固定子が総計４つが配置されていると、発生推力及びトルクを大きくすることができ、さらに固定子の軸方向の両端の両側が夫々可動子の突起に向けて突出するＨ字形となっていて、軸方向中央部の狭部に回動駆動用のコイルが巻回されていると、コイルの巻数を増やすことができて、発生する力を大きくすることができる。
【００３２】
さらに、このようなアクチュエータを歯ブラシの軸方向駆動及び軸回りの所定角度内の回動駆動用の駆動源としている電動歯ブラシでは、その歯ブラシのバス磨き用の駆動とローリング磨き用の駆動とをアクチュエータのみで行うことができるものであり、運動変換機構を必要としないために小型化が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は可動子とコイルの斜視図である。
【図２】 (a)は同上の概略端面図、(b)は同上の概略側面図である。
【図３】 (a)(b)は同上の軸方向駆動についての説明図である。
【図４】 (a)(b)は同上の軸回り回動駆動についての説明図である。
【図５】同上の他例の概略端面図である。
【図６】 (a)(b)は同上の軸方向駆動についての説明図である。
【図７】 (a)(b)は同上の軸回り回動駆動についての説明図である。
【図８】他の実施の形態の一例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は可動子とコイルの斜視図である。
【図９】 (a)は同上の概略端面図、(b)は同上の概略側面図である。
【図１０】同上の他例の概略端面図である。
【符号の説明】
１固定子
２可動子
３コイル
４コイル
５磁石
１０突起

Claims

強磁性体で形成された一対の固定子と、軸方向に間隔をおいて位置する上記一対の固定子間に位置して軸方向移動及び軸回りの所定角度内の回動が自在となっている可動子とを備え、上記の各固定子は磁石を介在させることによって上記軸回り方向において少なくとも２極に分割されているとともに各極部は対向する他方の固定子側に向けて突出する突起を備えており、軸方向両端面が夫々固定子の磁石を挟んだ２つの極部に対向し且つ両端部の両側面が固定子の磁石を挟んだ２つの極部の上記突起の側面に対向する可動子は、軸方向に巻かれてその励磁によって可動子の両側を異極に磁化する軸方向駆動用のコイルと、軸方向と直交する方向に巻かれてその励磁によって可動子の軸方向両端を異極に磁化する軸回り回動駆動用のコイルとが巻回されていることを特徴とするアクチュエータ。
固定子は磁石の介在によって４極に分割されており、各極の突起間に位置する可動子は総計４つが配置されていることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
可動子はその軸方向の両端の両側が夫々固定子の突起に向けて突出するＨ字形となっており、軸方向中央部の狭部に回動駆動用のコイルが巻回されていることを特徴とする請求項１または２記載のアクチュエータ。
軸方向に間隔をおいて位置するとともに軸方向移動及び軸回りの所定角度内の回動が自在となっている一対の可動子と、上記一対の可動子間に位置する固定子とを備え、上記の各可動子は磁石を介在させることによって上記軸回り方向において少なくとも２極に分割されているとともに各極部は対向する他方の可動子側に向けて突出する突起を備えており、軸方向両端面が夫々可動子の磁石を挟んだ２つの極部に対向し且つ両端部の両側面が可動子の磁石を挟んだ２つの極部の上記突起の側面に対向する固定子は、軸方向に巻かれてその励磁によって固定子の両側を異極に磁化する軸方向駆動用のコイルと、軸方向と直交する方向に巻かれてその励磁によって固定子の軸方向両端を異極に磁化する軸回り回動駆動用のコイルとが巻回されていることを特徴とするアクチュエータ。
可動子は磁石の介在によって４極に分割されており、各極の突起間に位置する固定子は総計４つが配置されていることを特徴とする請求項４記載のアクチュエータ。
固定子はその軸方向の両端の両側が夫々可動子の突起に向けて突出するＨ字形となっており、軸方向中央部の狭部に回動駆動用のコイルが巻回されていることを特徴とする請求項４または５記載のアクチュエータ。
請求項１〜６のいずれかの項に記載のアクチュエータを歯ブラシの軸方向駆動及び軸回りの所定角度内の回動駆動用の駆動源としていることを特徴とする電動歯ブラシ。