JP4539716B2

JP4539716B2 - アクチュエータ及びこれを用いた電動電子歯ブラシ

Info

Publication number: JP4539716B2
Application number: JP2007330914A
Authority: JP
Inventors: 季久岸本; 宏明清水; 智裕国田; 真一谷口; 孝宏西中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: CN201146443Y; US20080258566A1; US7646117B2; RU2371142C2; KR20080059085A; CN101207317A; JP2008173468A; EP1935371A1; KR100997600B1; RU2007147926A; EP1935371B1; CN101207317B

Description

本発明は、軸方向の往復動または軸回りの往復回動を行うアクチュエータと、このアクチュエータを歯ブラシの駆動手段として用いている電動電子歯ブラシに関するものである。

電子歯ブラシと称されている歯ブラシがある。これは、口中に入れられる部分と、手に持つ部分との間に人体を通じて微弱電流を流すことで、電位傾斜を利用して歯垢の除去を図る歯ブラシである。

このような機能を電動歯ブラシに付加したものとして、特許文献１に示されたものがある。軸方向の往復駆動がなされるとともに先端にブラシ体が連結されるシャフトに対し、電源に接続されている端子板を接触させることで、シャフトを通じてブラシ体に給電している。

しかし、シャフトの往復動に伴ってシャフトと端子板とが摺接するものであるために、ブラシ体のブラシを歯に押し当てた時のシャフトの撓みやシャフトの軸方向往復動の際のブレなどが原因でシャフトと端子板との摺動接触部の電気的抵抗値が変化して、通電電流に大きなばらつきを生じさせるという問題を有している。
特許第２５６００２５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、シャフトへの通電を安定して行うことができるアクチュエータと、このアクチュエータを用いることで安定した電流を流すことができる電動電子歯ブラシと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アクチュエータは、軸方向の往復動が自在に支持されているシャフトと、このシャフトに設けた可動子ブロックと、交番電流が印加されることで上記可動子ブロック及びシャフトに軸方向往復動を行わせる電磁ブロックとからなるリニア振動型のアクチュエータであり、一方の先端にブラシ体が連結される上記シャフトの他方の先端の延長上に電源としての電池が位置し、上記ブラシ体への通電経路として用いる上記シャフトの上記電池寄りの部分が通電部材を介して上記電池に接続されているとともに、上記通電部材はシャフトの周面に多点で接触するものであることに第１の特徴を有し、軸回りの往復回動が自在に支持されているシャフトと、このシャフトに設けた可動子ブロックと、交番電流が印加されることで上記可動子ブロック及びシャフトに軸回りの往復回動を行わせる電磁ブロックとからなる往復回動型のアクチュエータであり、一方の先端にブラシ体が連結される上記シャフトの他方の先端の延長上に電源としての電池が位置し、上記ブラシ体への通電経路として用いる上記シャフトの上記電池寄りの部分が通電部材を介して上記電池に接続されているとともに、上記通電部材はシャフトの周面に多点で接触するものであることに第２の特徴を有している。シャフトの周面の多点で通電部材が接するために、高速の軸方向往復動もしくは高速の往復回動を行うシャフトへの給電は、１箇所での接続が不安定になっても他の点での接触によって電気的抵抗値が変化することは殆どなく、安定した電流をシャフトを通じてブラシ体に供給することができる。

上記通電部材としては、シャフトの支持用のベアリングを好適に用いることができる。また、シャフトの他方の先端が位置する室内に配された液乃至ゲル状の通電剤を通電部材としてもよい。

そして本発明に係る電動電子歯ブラシは、上記のアクチュエータをブラシ体の往復駆動用の駆動源としているとともに、ブラシ体がシャフトを通じて給電される部材であることに特徴を有している。電動歯ブラシとしてだけでなく、安定した電流が流れるために歯垢除去効果が高い電子歯ブラシとしても機能するものとなる。

本発明のアクチュエータは、シャフトへの通電（給電）をシャフト周面に多点で接触する通電部材を用いて行うために、シャフトと通電部材との間の電気的抵抗がシャフトに外力が加わっても変化することは殆どなく、安定した電流をシャフトに供給することができる。

そして本発明の電動電子歯ブラシにおいては、歯垢除去効果が安定している電子歯ブラシとしても機能するものとなる。

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は本発明に係る電動電子歯ブラシの一例を示しており、円筒状のハウジング１内にはリニア振動型のアクチュエータ２と電源としての電池１２とが納められており、ハウジング１の先端からは上記アクチュエータ２によって軸方向の往復駆動がなされるシャフト１１の先端部が突出して、この先端部にブラシ体５が着脱自在に連結されている。

図２〜図４に上記リニア振動型アクチュエータ２の詳細を示す。前記シャフト１の両端寄りの部分を夫々軸方向スライド自在に且つ軸回り回転自在に支持する一対の軸受け部２０，２０間には、磁性体で形成された円筒状のケース２１を配置しており、該ケースの内周にはコイル２５と一対の磁極２２，２２とを有する円筒状の電磁ブロックＳを納めてある。

前記シャフト１１は導電性材で形成されたもので、その中程には永久磁石２３とヨーク２４とからなる可動子ブロックＭが固定されている。そして、可動子ブロックＭは上記電磁ブロックＳの内周位置に配され、また可動子ブロックＭと上記軸受け部２０，２０との間には、夫々コイルばね２９，２９が配設される。これらコイルばね２９，２９は、可動子ブロックＭ及びシャフト１１をばね振動系とするためのものである。

電磁ブロックＳにおけるコイル２５に電流を印加したならば、磁極２２と永久磁石２３及びヨーク２４との間に働く磁気吸引力や磁気反発力で、可動子ブロックＭ及びシャフト１１が軸方向に駆動され、コイル２５に逆方向電流を流したならば、可動子ブロックＭ及びシャフト１１が逆方向に駆動されることから、コイル２５への印加電流を交番電流とすることで、シャフト１１は軸方向の往復駆動がなされることになる。この時、上記ばね振動系の共振周波数となるように往復駆動することで、安定した往復駆動が得られる。

そしてこのリニア振動型のアクチュエータ２を前記ハウジング１内に組み込んで、シャフト１１の先端にブラシ体５を連結した時、ブラシ体５のブラシ５０が植毛された先端部までの通電路として、ここではアクチュエータ２のシャフト１１そのものを利用している。

ここにおいて、シャフト１１は軸方向往復動を行う上に軸回りの回転も自在となっていることから、シャフト１１を支持している軸受け部２０，２０のうちの電池１２寄りに位置している軸受け部２０に配したベアリング４を利用して、シャフト１１への通電路を確保している。

すなわち、ベアリング４として、図５及び図６に示すように、アウターリング４０と、その内周にあってリテーナ４２で保持されている複数の鋼球４１とからなるものを用いて、上記アウターリング４０をリード線などを介して前記電池１２に接続している。上記鋼球４１はシャフト１１に接すると同時にアウターリング４０に接していることから、シャフト１１にも通電される。しかもベアリング４における鋼球４１は複数個あることから、アウターリング４０から鋼球４１を通じたシャフト１１への給電は、シャフト１１の周面における複数点においてなされるものであり、しかもシャフト１１に外力が働いて、複数個あるうちのいずれかの鋼球４１とシャフト１１とが離れたり、電気的抵抗が高くなることがあっても、他の鋼球４１はシャフト１１に接しているために、シャフト１１への給電部における電気的接続が不安定になることはない。

一対の軸受け部２０，２０のうちの電池１２寄りの軸受け部２０に配したベアリング４でシャフト１１への給電を行っているのは、電池１２からベアリング４までの配線用リード線の長さを短くするとともに、アクチュエータ２における電磁ブロックが配された部分にリード線を通す必要を無くすためであるが、ブラシ体５側の軸受け部２０のベアリングでシャフト１１に給電するようにしてもよい。

ブラシ体５はその内部にブラシ体５０につながる通電路が用意されているもので、シャフト１１との接触面において上記通電路はシャフト１１に電気的に接続される。また、ハウジング１の外周面には上記電池１２の他極に接続された端子板１３が配設されており、ハウジング１を手に持って歯ブラシを使用する時、ブラシ５０と端子板との間の電気的接続は人体を利用して行う。

なお、リニア振動型のアクチュエータ２として、ここでは軸方向の往復動だけをシャフト１に行わせるものを示したが、この他、軸回りの往復回転も行わせるものであってもよい。また、ベアリング４として上記形態のものを示したが、複数点でシャフト１１に接するものであれば、どのようなものであってもよい。また、ベアリング４に導電性を有する潤滑グリスを用いる時は、アウターリング４０と鋼球４１のうちの一方は導電性を持たないものであってもよい。

図７に他例を示す。これは上記ハウジング１における電池１２の収納部とリニア振動型アクチュエータ２の収納部との間に液体乃至ゲル状の導電剤を満たした通電室１５を設け、軸方向往復動を行う前記シャフト１１の他方の先端をこの通電室１５内に位置させている。電池１２に一端を接続した端子も他端を通電室１５内に位置させていることから、上記導電剤を介してシャフト１１に通電されることになる。なお、上記導電剤はスポンジ状の部材にしみ込ませた状態で通電室１５内に配置することが好ましい。

図８以降に他の実施の形態の一例を示す。ここで示したアクチュエータ３はシャフト１１に軸回りの小角度内の往復回動を与える往復回動型のもので、電磁ブロックＳが内面に配された円筒状ケース２１内に、シャフト１１に装着した可動子ブロックＭを配置してある。

軸方向Ｂの両端部がケース２１の両端の軸受け部２０，２０にベアリング４，４を介して軸周り方向Ａに回転自在に支持されている上記シャフト１１に装着された可動子ブロックＭは、シャフト１１に圧入固定されたヨーク３４と該ヨーク３４の外周面に固定した複数枚の平板状永久磁石３３とからなる。

ヨーク３４は図１０に示すように外周面に円弧部分と直線部分とが連続する辺がｎ個（例えば４個）設けられたものとなっている。なおｎは少なくとも１以上であればよい。そして上記の各辺の直線部分には底面が平坦なコ字状溝３４ａが設けられており、図１１に示すように、各コ字状溝３４ａ内に平板状永久磁石３３を各々嵌め込むことで、平板状永久磁石３３の外面とヨーク３４の外面とが周方向に隣接配置された状態となり、この状態で各平板状永久磁石３３の外面がそれぞれ直線部分を形成し、平板状永久磁石３３間におけるヨーク３４の外面ａがそれぞれ円弧部分を形成している。

ここで、平板状永久磁石３３はその外面側と内面側とが異極となるように着磁されているとともに、各平板状永久磁石３３の外面が同極となるようにヨーク３４に取り付けられており、このために、ヨーク３４の上記円弧部分が他の磁極を形成することになる。

上記ヨーク３４の軸方向Ｂ両側には非磁性体からなる環状のばね受け部材３６がそれぞれ装着されている。ばね受け部材３６は後述するばね部材３９の端部を回り止め固定するものであり、図１０に示すばね受け部材３６の片面に設けた複数の突起３６ａがヨーク３４のコ字状溝３４ａの長手方向の端部に挿入されることによって、ばね受け部材３６はヨーク３４に対して回り止め状態で装着される。

一方、ケース２１の内周面に配設固定された筒状の電磁ブロックＳは、磁路を励磁するためのコイル３５、コイル３５が巻回された巻線ボビン３０、巻線ボビン３０の軸方向Ｂ両側にそれぞれ配されたヨーク３１，３１とからなるもので、各ヨーク３１の内周面には、図１１に示すように、ｎ個以下の磁極子３２（例えば、４個）が設けられており、ヨーク３１の磁極子３２間は切欠されている。なお磁極子３２の数は少なくとも１個以上であればよいが、出力を高める場合は磁極子３２の数を平板状永久磁石３３の数（４個）と同数まで増やすことが好ましい。

ここで、巻線ボビン３０の軸方向Ｂ一方側に位置するヨーク３１に設けた磁極子３２ａと、他方のヨーク３１に設けた磁極子３２ｂとは軸回り方向においてずらした位置に設けている。また本例では可動子ブロックＭの回転初期において、一方のヨーク３１の磁極子３２ａが平板状永久磁石３３の軸周り方向Ａの一端部とヨーク３４との一方の接点３８ａに対向して位置し、他方のヨーク３１の磁極子３２ｂが当該平板状永久磁石３３の軸周り方向Ａの他端部とヨーク３４との他方の接点３８ｂに対向して位置するように設定してある。これは、同一の平板状永久磁石３３に対する一方のヨーク３１の磁極子３２ａとのギャップ、他方のヨーク３１の磁極子３２ｂとのギャップを略同じとするためである。

今、図１１に示す状態でコイル３５に一方向の電流を流すと、平板状永久磁石３３は一方のヨーク３１の磁極子３２ａから磁気反発力を受け、同時に他方の磁極子３２ｂから磁気吸引力を受けることで軸周りの一方向Ａ２に大きな力で回動し、コイル３５に他方向の電流を流すと当該平板状永久磁石３３は一方のヨーク３１の磁極子３２ａからは磁気吸引力を受け、同時に他方の磁極子３２ｂからは磁気反発力を受けることで軸周りの他方向Ａ１に大きな力で回動する。また、このものでは磁極子３２ａ，３２ｂとヨーク３４の外面との間でも可動子ブロックＭを回転させる磁気力が発生する。

ここにおいて、コイル３５に電流を流していないときには平板状永久磁石３３がヨーク３１に及ぼす磁力と後述するばね部材３９ａ，３９ｂ，３９ｃによる回転方向のばね力とが釣り合う位置で可動子ブロックＭが停止しており、コイル３５に一方向の電流を流すと一方のヨーク３１の磁極子３２ａがＮ極、他方のヨーク３１の磁極子３２ｂがＳ極となり、可動子ブロックＭは軸周りの一方向Ａ１（或いはＡ２）に回動し、コイル３５に他方向の電流を流すと一方のヨーク３１の磁極子３２ａがＳ極、他方のヨーク３１の磁極子３２ｂがＮ極となり、可動子ブロックＭは軸周りの他方向Ａ２（或いはＡ１）に回動する。従って、コイル３５に交番電流を流すことによって可動子ブロックＭ及びシャフト１１に軸周り方向Ａに小角度で往復回動させることができる。

次に上記ばね部材３９ａ，３９ｂ，３９ｃについて説明すると、ねじりコイルばねであるこれらばね部材３９ａ，３９ｂ，３９ｃは、軸回りＡにおける往復回動シャフト１１及び可動子ブロックＭの動きをばね振動系とするもので、ばね部材３９ａは一端が軸受け部材２０に回り止め固定され、他端が可動子ブロックＭに回り止め固定されている。ばね部材３９ｂは可動子ブロックＭに一端が回り止め固定され、他端が吸振錘３７の一端側に回り止め固定されている。更にばね部材３９ｃは一端を上記吸振錘３７の他端側に回り止め固定され、他端が軸受け部材２０に回り止め固定されている。その重心位置Ｇは可動子ブロックＭの回転軸線Ｄと同軸上に位置している上記吸振錘３７は、シャフト１１が中央に通されたもので、可動子ブロックＭが軸回りＡに回動する時、逆位相で回転するようにばね系を構成してある。また、これらばね部材３９ａ，３９ｂ，３９ｃは可動子ブロックＭの回転角度を許容範囲内に規制するものとしても機能している。

もっとも上記ばね部材３９のみで可動子ブロックＭの回転を規制する構造では、外部から可動子ブロックＭを軸周り方向Ａに許容範囲以上に回転させる力が加わったときには可動子ブロックＭが許容範囲を越えて回転する可能性があるために、ここでは図８に示すようにシャフト１１の一端を断面Ｄ字状をしたＤカット面１４ａとするとともに、軸受け部材２０にＤカット面１４ａに係合するストッパ面２０ａを設けることで、シャフト１１の回転角を規制している。

そして本例におけるシャフト１１への給電は、前記実施例のものと同様に、シャフト１１を回転自在に支持している一対のベアリング４，４のうちの他方の先端側のベアリング４を用いて行っている。図１１に上記往復回動型アクチュエータ３をブラシ体５の往復回動駆動用に用いた電動電子歯ブラシを示す。

この往復回動型アクチュエータ３においても、前述の導電剤を満たした通電室１５を利用した給電を行ってもよいのはもちろんである。

本発明の実施の形態の一例の断面図である。同上のリニア振動型アクチュエータの斜視図である。同上の分解斜視図である。同上のケース及び電磁ブロックを外した状態の斜視図である。同上のベアリングの斜視図である。同上のベアリングの正面図である。他の実施形態の一例の断面図である。 (a)は他例のアクチュエータの縦断面図、(b)は横断面図である。同上の分解斜視図である。同上のシャフトとヨークの斜視図である。 (a)は同上の部分縦断面図、(b)は横断面図である。同上のアクチュエータを備えた電動電子歯ブラシの断面図である。

符号の説明

１ハウジング
２アクチュエータ
４ベアリング
５ブラシ体
１１シャフト

Claims

軸方向の往復動が自在に支持されているシャフトと、このシャフトに設けた可動子ブロックと、交番電流が印加されることで上記可動子ブロック及びシャフトに軸方向往復動を行わせる電磁ブロックとからなるリニア振動型のアクチュエータであり、
一方の先端にブラシ体が連結される上記シャフトの他方の先端の延長上に電源としての電池が位置し、
上記ブラシ体への通電経路として用いる上記シャフトの上記電池寄りの部分が通電部材を介して上記電池に接続されているとともに、上記通電部材はシャフトの周面に多点で接触するものであることを特徴とするアクチュエータ。
軸回りの往復回動が自在に支持されているシャフトと、このシャフトに設けた可動子ブロックと、交番電流が印加されることで上記可動子ブロック及びシャフトに軸回りの往復回動を行わせる電磁ブロックとからなる往復回動型のアクチュエータであり、
一方の先端にブラシ体が連結される上記シャフトの他方の先端の延長上に電源としての電池が位置し、
上記ブラシ体への通電経路として用いる上記シャフトの上記電池寄りの部分が通電部材を介して上記電池に接続されているとともに、上記通電部材はシャフトの周面に多点で接触するものであることを特徴とするアクチュエータ。
通電部材はシャフトの支持用のベアリングであ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。
通電部材は、シャフトの他方の先端が位置する室内に配された液乃至ゲル状の通電剤であ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。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のアクチュエータを、ブラシ体の往復駆動源としているとともに、ブラシ体がシャフトを通じて給電される部材であることを特徴とする電動電子歯ブラシ。