JP5107922B2 - プログラマブル作動機能を有するパーソナルケア装置に対する共振アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、全般的に、電動歯ブラシ等であるパーソナルケア装置に対する駆動システムに係り、より具体的には、プログラマブル駆動制御性能を有する組み合わされた接線方向／軸方向動作駆動システムに関連する。

歯ブラシに対するブラシヘッド等であるワークピースが取り付けられるアウトプットシャフト又は他の部材を駆動する、電動歯ブラシ又は他のパーソナルケア装置に対して多くの作動システムが既知である。かかるアクチュエータは、多種の構造を有し且つ複数の技術概念及び構造概念を具体化する、モータ、並びに磁気及び電磁システムを有する。しかしながら、典型的にはかかる装置は、典型的にＤＣモータアクチュエータに対する場合であり得るように例えば回転モードである１つのみのモードにおいて、ワークピースを作動させることができる。単一のモードの動作は、特には、例えば歯及び歯肉等である口内の異なる領域を洗浄するような、異なる動作が異なる洗浄性能に対して適切である際に、制限的である。更に、単一のモードの動作は、典型的には、８の字型動作等である複雑なパターンとは対照的な単純な運動を有する。特定の動作が複雑である場合でも、該装置は通常、１つの稼働動作／モードに制限される。

電動歯ブラシの場合においても多種の洗浄目的を達成するよう、特には単純な動作及び複雑な動作の両方であり、且つ複雑な動作を変化させる、１つより多いワークピースの運動のモードを選択できることは、望ましい。

したがって、本発明は、パーソナルケア装置に対する駆動システムに係る。当該駆動システムは、筐体；第１の対向する組の永久磁石組立体；第１の組の永久磁石組立体に全般的に直交する第２の対向する組の永久磁石組立体；筐体内において取り付けられ、且つ回転方向及び長手方向に動くことができるシャフト部材；電圧を与えられる際に、第１の組の固定された永久磁石と協働して回転方向にシャフト部材を動かすよう、シャフト部材に対して取り付けられるか、あるいはシャフト部材の一部を形成する、第１のアーマチュア組立体；電圧を与えられる際に、第２の組の固定された永久磁石と協働して長手方向にシャフト部材を動かすよう、シャフト部材に対して取り付けられるか、あるいはシャフト部材の一部を形成する、第２のアーマチュア組立体；及び、シャフトの運動、並びにシャフトに対して接続される組立体に対して接続されるか、あるいは該組立体の一部であるワークピースの対応する運動をもたらすよう、第１及び／又は第２のアーマチュア組立体に選択的に電圧を与える動力源及び制御組立体、を有する。

図１、２Ａ乃至２Ｃ、及び３Ａ乃至３Ｂは、パーソナルケア装置の駆動システム（アクチュエータ）の第１の実施例を示す。アクチュエータの実施例は、単一の円筒形の筐体１２を有し、磁気作用を使用してアクチュエータが該筐体内において取り付けられる。アクチュエータは、歯ブラシ１５等であるワークピースが取り付けられるアウトプット取付けシャフト１３を駆動する。この実施例は、円筒形の筐体の内側の周囲に９０°の間隔をあけて位置付けられる４つの永久磁石１４，１６，１８及び２０を有する。各永久磁石組立体は、筐体１２の長さにおいて両端において小さな空間を有して略延在する。図示される実施例では、円筒形の筐体１２は、直径及び長さが変化し得る。各永久磁石組立体は、約６０°を覆うが、これは可変である。永久磁石は、筐体１２の内側表面に対して適合するよう湾曲される。該磁石は、多種の手段によって筐体に対して取り付けられ得る。

永久磁石組立体１４，１６は各々、２つの部分２４、２６を有する。部分２４は磁北（Ｎ）極を有し、他方の部分２６は磁南（Ｓ）極を有する。部分２４及び２６は各々、磁石組立体１４及び１６の全長に延在するが、図２Ｂ及び２Ｃ中に最も明らかに示される通り、部分１４と１６との間で反転される。永久磁石組立体１８及び２０は、上述された通り、磁石１４及び１６に対して直交し、対向する配置において取り付けられる。また、磁石組立体１８及び２０は各々、２つの部分を有する。磁石の全幅にわたってその長手方向端部から略中間点２９まで延在する１つの部分２８は、磁北（Ｎ）極を有し、中間点２９（隣接部２８）から他方の長手方向端部まで延在する他の部分３０は、磁南（Ｓ）極を有する。また図２Ｂ及び２Ｃ中に最も明らかに示される通り、部分２８及び３０は、磁石組立体１８と２０との間で反転される。

図３Ａ及び３Ｂは、接線方向（回転方向）に可動であるアクチュエータ／アーマチュア部材３０、及び、軸方向に可動であるアクチュエータ／アーマチュア部材３２を有する。接線方向アクチュエータ３０は、円筒形の筐体１２の中心に沿って取り付けられるスピンドル３４に対して接続され、稼働中は該スピンドルを回転させる。ワークピースは、筐体１２から出て延在するスピンドルの端部に対して取り付けられる。スピンドル３４に対しても接続される軸方向アクチュエータ３２は、稼働中、スピンドルを軸方向に動かす。一実施例では、アクチュエータ３０及び３２は、スピンドル３４と合わせられ、結果として単一の一体にされた部材となる。

図３Ａ及び３Ｂ中に示される通り、接線方向アクチュエータ３０の対向する部分３０Ａ，３０Ｂの周囲に位置付けられる２つの巻線（ｗｉｎｄｉｎｇ）３６及び３８は、スピンドル及びワークピースに対して接線方向（回転方向）運動を与え、巻線４０及び４２は、軸方向アクチュエータ３２の対向する部分３２Ａ，３２Ｂの周囲に位置付けられる。巻線４０及び４２は、アクチュエータシステム及びスピンドルに対して軸方向に動くよう十分な空間を与えるよう、配置及び取付けをされる（該巻線は動かない）。

動力は、典型的には充電可能であるバッテリ４５等である従来の電源によって多種の巻線に対して与えられる。

プログラマブル制御ユニット４６は、多種の巻線に対する電流の印加を制御する。周波数及び振幅は、例えば単なる軸方向又は単なる接線方向（回転方向）運動のみに加えて、選択されるワークピースの複雑な運動を与えるよう可変である。

永久磁石組立体及びアクチュエータ要素の物理的配置が可変であることは、理解されるべきである。例えば、軸方向アクチュエータ要素３２の幅は、その自由端において、より強力な作動を与えるよう永久磁石組立体の全幅まで増大され得る。

図４Ａ乃至４Ｃ及び５Ａ乃至５Ｃは、２つの間隔をあけられた軸方向アクチュエータ／アーマチュア６０及び６２、並びに単一の接線方向アクチュエータ／アーマチュア６４（図５Ａ乃至５Ｃ）を有する代替的な配置を示す。筐体、及び接線方向作動に対する筐体の内側表面上の永久磁石配置は、図２Ａ乃至２Ｃ、並びに３Ａ及び３Ｂ中の実施例と同一である。各軸方向アクチュエータに対する永久磁石配置は、磁石配置７４に対する４つの連続的な磁石部７０乃至７３を有し、磁石部７０Ａ乃至７３Ａは、磁石配置７５に対するものである。磁石部７０乃至７３及び７０Ａ乃至７３Ａは、全て同等の長さを有し、Ｎ極とＳ極との間において交互に入れ替わる。図５Ａ及び５Ｃ中に最も明らかに示される通り、２つの軸方向アクチュエータ６０及び６２は、隣接するＮ極部及びＳ極部が境を接するところに停止して（ａｔ ｒｅｓｔ）位置付けられる。この２つの軸方向作動は、「スプリットトゥース（ｓｐｌｉｔ ｔｏｏｔｈ）」配置と称される。軸方向アクチュエータを有する更なる磁石部は使用され得、軸方向におけるより強い作動を与える。スプリットトゥースアクチュエータに対する巻線配置（３６，３８，４０及び４２）は、図５Ｂ及び５Ｃに対して上述されたものと同一である。

４つの巻線の実施例は、２つのフルブリッジ回路によって駆動され得、一方は接線方向巻線（２つの部分的巻線）、他方は軸方向巻線（２つの部分的巻線）に対するものである。

図６Ａ及び６Ｂ、並びに図７Ａ及び７Ｂの実施例は、２つのみの非分割巻線（ｕｎｄｉｖｉｄｅｄ ｗｉｎｄｉｎｇｓ）が必要であることを除いて、前の実施例（図４Ａ乃至４Ｃ、及び５Ａ乃至５Ｃ）と同一である。巻線７６及び７８は、図示される通り与えられる。接線方向（図６Ａ及び６Ｂ）は、巻線を介する電流が同一方向にある場合に発生し、軸方向アクチュエータは、電流が対向する方向にある場合に発生する。電流が異なる周波数を有する場合に、スピンドルの組み合わされた複雑な運動が発生する。

上述された回転方向／軸方向動作の実施例は、多種の材料を利用する。かかる多自由度配置において、ベアリング表面における摩擦によるエネルギ吸収／消費は、重要な問題となり得る。エネルギ供給（バッテリ）が一定のままである一方、上述された多種の実施例で筐体内においてスピンドルを支持するベアリング要素は、大変低い内部減衰特性を典型的な特徴とされる弾性材料を有して作られ得る。いずれかの種類の弾性材料の使用は、歯ブラシ又は他のパーソナルケア装置内におけるベアリング摩擦によるエネルギ消費を低減させるよう作用する。

本発明の望ましい実施例が例証として説明されてきたが、多種の変更、修正及び代替案が、添付の請求項によって定義される本発明の趣旨から逸脱することなく本発明の一実施例に組み込まれ得る、ことは理解されるべきである。

電動歯ブラシの簡略図である。 図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃは、本発明の第１の実施例の一部を図示する。 図３Ａ及び３Ｂは、図２Ａ ２Ｃの実施例の横方向及び長手方向断面図であり、可動アーマチュア及び関連付けられるコイル巻線を図示する。 図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃは、図２Ａ ２Ｃの構造に対する代替的な実施例の一部を図示する。 図５Ａ ５Ｃは、図４Ａ ４Ｃの実施例の横方向及び長手方向断面図であり、可動アーマチュア及び関連付けられる巻線を図示する。 図６Ａ及び６Ｂは、図４Ａ ４Ｃの実施例の変化形の断面図である。 図７Ａ及び７Ｂは、図５Ａ ５Ｃの実施例の変化形の断面図である。

Claims (8)

1. 稼働状態および停止状態を有するパーソナルケア装置に対する駆動システムであって：
   筐体と；
   該筐体の内側表面に沿って長手方向に位置付けられる第１の対向する組の永久磁石と；
   前記筐体の前記内側表面に沿って長手方向に位置付けられる、前記第１の組の永久磁石に全般的に直交する、第２の対向する組の永久磁石と；
   電圧を与えられる際に、回転式に動くよう前記筐体内において取り付けられる、シリンダの長手方向に延在する第１の可動アーマチュアと；
   電圧を与えられる際に軸方向に動くよう前記筐体内において取り付けられる第２の可動アーマチュアと；
   前記可動アーマチュアの少なくとも一方の周囲に位置付けられる駆動巻線と；
   前記第１及び第２のアーマチュアが接続されるか、あるいは一部を形成する、スピンドル要素と；
   動力源と；
   前記駆動システムが前記稼動状態のときに、前記アウトプット組立体上において前記ワークピースの組み合わされた回転方向及び軸方向の運動をもたらすよう選択された方途で前記駆動巻線に対して動力を与えるプログラマブル制御手段と；
   を有し、
   前記第１の永久磁石の各々は、Ｎ極を有する第１の部分と、Ｓ極性を有する第２の部分とを有し、該第１及び第２の部分は各々、前記第１の永久磁石の長さに延在し、
   前記第２の永久磁石の各々は、その長さに沿って、Ｎ極性とＳ極性との間で交互に入れ替わる複数の部分を有し、一方の第２の永久磁石の第１の部分はＮ極性を有し、他方の第２の永久磁石の第１の部分はＳ極性を有し、
   前記スピンドル要素は、前記筐体の一端から外方向に延在し、ワークピースを有するアウトプット組立体に対して接続されるよう適合され、前記スピンドルは、前記第１のアーマチュアが回転する際に回転し、前記第２のアーマチュアが軸方向に動く際に軸方向に動く、
   駆動システム。
2. 各アーマチュアは、前記スピンドルの各側部上において１つずつ、２つの部分を有し、
   前記巻線は、両アーマチュアのいずれの部分の周囲にも延在する、
   請求項１記載の駆動システム。
3. ２つの巻線を有し、
   一方の巻線は前記第１のアーマチュアの一方の部分の周囲に位置決めされ、他方の巻線は前記第１のアーマチュアの他方の部分の周囲に位置決めされる、
   請求項１記載の駆動システム。
4. 前記第１のアーマチュアは、対応する永久磁石の幅と実質的に適合する自由端を有する、
   請求項１記載の駆動システム。
5. 前記第２の組の永久磁石は各々、同等な長さを有する２つの部分を有する、
   請求項１記載の駆動システム。
6. 前記第２の組の永久磁石は各々、同等の長さを有する４つの部分を有し、
   前記第２の組の永久磁石は、２つの近接するＮ／Ｓ磁石部分の間における境界において静止位置を有する、
   請求項２記載の駆動システム。
7. 歯ブラシに対するものである、
   請求項１記載の駆動システム。
8. 稼働状態および停止状態を有するパーソナルケア装置に対する駆動システムであって：
   筐体と；
   第１の対向する組の固定された永久磁石組立体と；
   前記第１の組の永久磁石に略直交する、第２の対向する組の固定された永久磁石組立体と；
   前記筐体内において取り付けられ、回転方向及び長手方向に動くことができるシャフト部材と；
   電圧を与えられる際に、前記第１の組の固定された永久磁石と協働して回転方向に前記シャフト部材を動かすよう、前記シャフト部材に対して取り付けられるか、あるいはその一部を形成する、第１のアーマチュア組立体と；
   電圧を与えられる際に前記第２の組の固定された永久磁石と協働して長手方向に前記シャフト部材を動かすよう、前記シャフト部材に対して取り付けられるか、あるいはその一部を形成する、第２のアーマチュア組立体と；
   前記駆動システムが前記稼動状態のときに、前記シャフトの組み合わされた回転方向及び長手方向の運動、及び、前記シャフトに対して接続される組立体に対して取り付けられるか、あるいはその一部であるワークピースの対応する運動をもたらすよう、前記第１及び／又は第２のアーマチュア組立体に選択的に電圧を与える、動力源及び制御組立体と；
   を有する、
   駆動システム。

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