JP5161775B2 - 線形アクチュエータを使用するパーソナルケア装置に対する作動システム - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、電動歯ブラシ等であるパーソナルケア装置に対する作動システム（ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）に係る。より具体的には、本発明は、２つの線形アクチュエータ及び運動変換器を使用し、装置の駆動シャフト部上に取り付けられるワークピースの結果として生じる所望の作用をもたらすようにする、作動システムに係る。

電動歯ブラシに対する多種の機械的、電気機械的、及び磁気的配置を含む多くの異なる作動（ａｃｔｕａｔｉｏｎ）／駆動（ｄｒｉｖｅ）システムは、既知である。かかる駆動システムの多くが有する重要な問題は、生じるハンドルの振動及び駆動システムの作用によって引き起こされるノイズである。多種の形状の減衰は、この所望されないノイズ及び／又はハンドル振動を低減するよう使用されてきた。また、多種のスプリング／モータ配置は、ハンドルにおける振動のキャンセリングを試みて設計されている。しかしながら、かかる振動キャンセリング／減衰システムの多くは、複雑且つ高価である。なかには、所望する結果を達成しないものもある。

したがって本発明は、駆動システム自体の設計により、振動がキャンセリングされるか、あるいは最低限に抑えられる駆動システムを有する、ことを目的とする。

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、逆位相（ｏｐｐｏｓｉｎｇ ｐｈａｓｅ）又は同相（ｉｎ ｐｈａｓｅ）モードにおいて動作することができる、第１及び第２の線形アクチュエータ；及び、選択される機能を達成するよう、逆位相モードの作用を出力駆動シャフト及びその上方に取り付けられるワークピースの回転作用へと変換し、また、同相モードを出力駆動シャフト又は他の要素の並進作用へと変換する、運動変換器、を有する。

図１は、本発明の駆動／作動システムの一実施例を示す。参照符号１０において全体的に図示され、出力シャフト取付け部材１２が図示され、出力駆動シャフト１４は該取付け部材に対して固定される。図１において、出力シャフト１４は、間隔をあけられた２つの回転線形ベアリング１６及び１８によって担持されて図示されるが、これらは、当該装置システムにとって必須ではない。ワークピース（図示せず）は、出力シャフト１４の自由端１５において取り付けられ、例えば歯ブラシのブラシヘッド又は他のパーソナルケア装置部材であり得る。「駆動組立体」及び「作動組立体」は、本願において同義的に使用され、システム１０を参照するよう使用される。図示及び記載される装置は、電動歯ブラシ、又は反復及び／又は振動運動を有する他の小型装置等であるパーソナルケア装置に対して使用され得る。

駆動システム１０は、２つの線形アクチュエータ２０及び２２を有する。いかなる組の（ａｎｙ ｐａｉｒ ｏｆ）線形アクチュエータも使用され得る。２つの線形アクチュエータを有する磁気性の一実施例は、図１及び２中に示される。磁気システムは、２つの中心平行コイル（一方のコイル２６のみを図示）を有し、該平行コイルは、コイルの対向する端部３０及び３２において位置付けられる磁石組立体を有する。各磁石組立体は、２つのスチール板３４及び３６、並び中心磁石３８を有する。各磁石組立体における磁石は、対向する極性において向けられる。磁石組立体は夫々、電機子４０及び４２を有し、各電機子は、２つのサスペンション／伸縮リーフスプリング４６及び４８によって平行に担持される。電機子４０及び４２は、交流が作動コイルに対して適用される際に、前後に動く。２つの電機子４０及び４２の端部５２及び５４は夫々、装置駆動システム１０における使用に対して、図示される通り、サスペンションスプリングから外方向に延在する。上述された通り、多種の線形アクチュエータは、図示される駆動システムにおいて使用され得、本願において説明される。図２中の磁気配置は、一例である。他の可能性には、フラット線形駆動システム、多種の空隙駆動システム、及び油圧（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ）システムが有される。本願のシステムの運動変換器部は、以下に説明される通り、２つの線形運動を出力シャフトの回転及び／又は並進へと変える。

電機子４０及び４２の２つの端部５２及び５４の自由端は、運動変換器組立体６４のヨーク部６２の後方端部に対して固定される。図示される実施例では、ヨーク部６２は、水平ベース要素６６、ベース要素６６の中間から上方向に延在する垂直要素６８、及び、垂直要素６８の上方端部における水平方向取付け部材７０を有する、シートメタル部材である。取付け部材７０は、そこに複数の開口７２を有し、スクリュー等の手段によって装置の筐体に対してヨーク部６２の便利な取付けを可能にする。ヨーク部６２は、典型的には、シートメタルから作られ、厚さは約０．００８インチである。

２つの電機子の端部５２及び５４の自由端は、ヨーク部６２のベース要素６６の対向端部６７，６９に対して固定される。動作時に、２つのアクチュエータが逆位相において駆動される際、ヨークベース要素６６の一端６７は、磁気アクチュエータに向かって内方向に動き、他端６９は、反対にアクチュエータから離れて動く。この配置において、垂直要素６８は、ベース要素６６の中間点から延在し、該中間点は、固定点である。ベース要素６６の端部６７，６９がアクチュエータに向かって、またアクチュエータから離れて、対向して動く際に、要素６８は、その長さに沿ってねじれる。リーフスプリング４６及び４８上の２つの電機子４０及び４２の動的反応力は、互いに対して対向し、互いにキャンセルし合う。この結果、装置筐体に対してもたらされる振動は、大幅に低減される。

運動変換器組立体６４のＬ変換器部７６は、図３中にも詳細に示される。Ｌ変換器部７６は、シートメタルのＬ字型部分であり、ヨーク部６２のベース要素６６からその略中心部において水平方向に延在する。垂直脚部７７は、出力シャフト取付け機構１２に対して延在する。図示される実施例では、Ｌ変換器７６は、幅約０．０８インチ及び厚さ０．００８インチであり、各々約０．４インチの長さである水平及び垂直脚部７８，７７を有する。２つの脚部間に有される角度は、Ｌ変換器の機能を低下させることなく、７０乃至１１０°において可変である。本発明の一実施例の配置の１つにおいて、ベース要素６６、ヨーク部６２、及びＬ変換器７６は、一体成形の軽量スチールシートメタルから形成される。上述された通り、Ｌ変換器７６の垂直脚部７７は、出力シャフト取付け部材１２に対して取り付けられる。出力シャフト取付け部材１２は、スチールブロックであり、装置の筐体に対して部材１２における開口７４を介してスクリュー又は同様のものを用いて取り付けられる。

出力駆動シャフト１４は、取付け部材１２から延在し（図１）、線形アクチュエータの作用に応じて動く。上述された通り、ヨーク部６２のベース要素６６は、その中間点の周囲にねじれる（回転する）。この作用は、Ｌ変換器７６によって出力シャフト取付け部材１２に対して伝達され、結果的に出力シャフト１４の長手方向軸の周囲における回転をもたらす。シャフトの回転量は、２つの線形アクチュエータの作用によってもたらされるベース要素６６の偏向量に依存する。動作の周波数は、周波数制御ユニット８０によって操作者によって選択され得るか、あるいは、周波数は、製造者によって確立され得る。

他のモードの動きにおいて、アクチュエータ、具体的には電機子４０及び４２は、互いに対して同相である２つの駆動信号によってもたらされるよう、互いに対して平行に動作、即ち共に前後に動く。これは、全体的なベース要素６６の前後作用及びＬ変換器７６上のプッシュ／プル作用をもたらす。この作用は、取付け部材１２及び出力駆動シャフト１４の移動、即ち前後作用をもたらすよう使用され得るか、あるいは、電動歯ブラシにおける歯磨きポンプ等である装置における追加的な機能を駆動させるよう使用され得る。この作用は、図３中の二方向矢印によって示される。他のモードの動きがポンプ作用等である追加的な機能を与えるよう使用される際、出力駆動シャフト及びワークピースの並進運動はない。このモードの動作の周波数はまた、周波数制御ユニット８０を有して操作者によって選択され得るか、製造者によって設定され得る。

他の配置において、２つの異なるセットの駆動信号は、同時に磁気アクチュエータに対して加えられ、１つのセットの駆動信号からヨークのねじれ（回転）作用、及び他のセットの駆動信号からのヨークの並進作用の両方が結果として生じる。一方のセットの駆動信号は、異相（ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｈａｓｅ）であり、他方のセットの駆動信号は、同相であり得る。例えば、異相の駆動信号は、２６０Ｈｚ等である比較的高い周波数であり得、同相の駆動信号は、８０Ｈｚ等である大変低い周波数であり得る。この結果、両方の駆動信号が同一の出力シャフトに対して印加される際に、ワークピースの複雑な運動がもたらされる。２つの駆動信号の周波数は、即ち制御ユニット８０を用いて操作者によって選択され得、即ち該周波数はプログラム可能であり、ワークピースの異なる複雑な作用は、２つの駆動信号の夫々の周波数を変更することによって、あるいは、単一の可動モードに対して選択される単一の周波数を使用することによって、便利に得られ得るようにされる。

図４Ａ，４Ｂ及び４Ｃは、線形アクチュエータによってもたらされるヨーク部６２の３つの可能な作用を示す。図４Ａにおいては、逆位相駆動（逆位相駆動信号によってもたらされる）は、ヨーク部６２のその垂直要素部６８の周囲における回転を生じさせる。ヨーク部は、ブロック部材９５によって示される。ベース要素６６上における２つのアクチュエータの対向する作用は、反対方向矢印８２，８４によって図示され、結果として、曲線矢印８６によって図示される回転作用をもたらす。

図４Ｂは、システムの線形並進運動の作用を示す。アクチュエータは、平行に動作し、同相である駆動信号によってもたらされる。ベース要素６６上におけるアクチュエータの平行作用は、２つの矢印９０及び９２によって図示され、矢印９４によって図示される通り、ヨークの中心垂直要素６８の並進をもたらす。

図４Ｃは、２つの駆動作用の重畳を示す。一方のセットの駆動信号は、回転作用をもたらし、他方のセットの駆動信号は、並進作用をもたらす。ヨークの中心は、並進作用のみを受ける。部材６６の一端において、回転作用は並進作用（矢印９８）に対して加わり、他端においては、回転作用は並進作用から引く（ｓｕｂｔｒａｃｔ）（矢印１００）。作用は、駆動信号の次の半周期において反転する。

パーソナルケア装置は、電動歯ブラシであり得る。動作時、１つの配置におけるブラシヘッドの回転作用は、約２０°であり得、０乃至０．２インチの範囲内における並進作用を有する。他の作用は、駆動周波数及び配置に依存して、便利に得られる。

したがって、２つの線形アクチュエータ及び運動変換器を使用するパーソナルケア装置に対する駆動システム／アクチュエータは、図示及び説明されてきた。この場合における運動変換器は、ヨーク部、及び同様に出力シャフト取付け部材に対して固定されるＬ変換器部を有する。アクチュエータは、平行モード及び逆位相モードにおいて駆動され得、出力シャフトの多種の作用、又は出力シャフトの作用及び装置の他の機能をもたらし得る。

本発明の望ましい実施例が例証を目的として開示されてきたが、多種の変更、修正、及び代替案は、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実施例において組み込まれ得る、ことが理解されるべきである。

本発明の作動システムの全体を示す斜視図である。 図１中の作動システムの２つの線形アクチュエータ部を示す斜視図である。 図１中の作動システムのヨーク及び運動変換器部を示す斜視図である。 図４Ａ乃至４Ｃは夫々、図１中の作動システムを有する当該装置ワークピースの可能な運動の異なるモードを図示する。

Claims (12)

1. パーソナルケア装置に対する駆動システムであって：
   長手方向に反対の方向に動く逆位相モード又は前記長手方向に一緒に動く同相モードにおいて動作することができるそれぞれの電機子を有する、第１及び第２の線形アクチュエータと；
   選択される機能を達成するよう、前記電機子の動作に応じて、前記逆位相モードの作用を前記電機子の動く方向と平行な出力駆動シャフトの長手方向軸周りの前記出力駆動シャフト及びその上方に取り付けられるワークピースの回転作用へと変換し、また、前記同相モードの作用を前記出力駆動シャフト又は他の要素の前記出力駆動シャフトの前記長手方向における並進作用へと変換する、機械的な運動変換器と、
   を有する、
   駆動システム。
2. 前記線形アクチュエータに対する周波数制御システムを有し、
   該周波数制御システムは、前記装置の動作の前記逆位相及び／又は同相モードに対する周波数を選択するよう、操作者によって制御可能である、
   請求項１記載の駆動システム。
3. 前記周波数制御システムは、プログラム可能である、
   請求項２記載の駆動システム。
4. 前記運動変換器は、同様に細長いベース部材を有する可撓性のヨーク部を有し、
   前記第１及び第２の線形アクチュエータは、前記ベース部材の対向する端部に対して固定され、
   前記ヨーク部は更に、前記ベース部材からその略中間点において上方向に延在する垂直部材を有し、
   前記ヨーク部は、前記垂直部材の上方端部において前記パーソナルケア装置の筐体に対する取付けに対して適合される、
   請求項１記載の駆動システム。
5. 前記運動変換器は更に、Ｌ変換器を有し、該Ｌ変換器は、前記ヨーク部の前記ベース部材の略前記中間点から出力シャフト取付け組立体まで延在する材料の可撓性のＬ字型部分を有し、適合される前記出力シャフト取付け組立体は、前記パーソナルケアの前記筐体に対して固定され、
   前記ワークピースが取り付けられる出力シャフトは、前記取付け組立体から延在する、
   請求項４記載の駆動システム。
6. 前記ヨーク部及び前記Ｌ変換器は、シートメタルを有して作られる、
   請求項５記載の駆動システム。
7. 前記逆位相モードに対する動作の前記周波数は、約２６０Ｈｚであり、
   前記同相モードにおける動作の前記周波数は、約８０Ｈｚである、
   請求項２記載の駆動システム。
8. 前記パーソナルケア装置は、電動歯ブラシであり、前記出力シャフトの自由端に対して固定されるブラシヘッド部材を有し、
   前記運動変換器は、前記第１及び第２の線形アクチュエータの作用に応じて０乃至２０°の範囲内において、前記ワークピースの回転をもたらすよう構成される、
   請求項１記載の駆動システム。
9. 前記ヨーク部及び前記Ｌ変換器は、一体成形の材料から作られる、
   請求項５記載の駆動システム。
10. 前記パーソナルケア装置は、電動歯ブラシであり、前記出力シャフトの自由端に対して固定されるブラシヘッド部材を有し、
    前記運動変換器は、前記第１及び第２の線形アクチュエータの作用に応じて０乃至０．２インチ内において前記ワークピースの並進をもたらすよう、構成及び配置される、
    請求項１記載の駆動システム。
11. パーソナルケア装置に対する駆動システムであって：
    逆位相モードにおいて長手方向に反対の方向に動作することができるそれぞれの電機子を有する、第１及び第２の線形アクチュエータと；
    選択される機能を達成するよう、前記逆位相モードの作用を出力駆動シャフト及びその上方に取り付けられるワークピースの前記電機子の動く方向と平行な前記出力駆動シャフトの長手方向軸周りの回転作用へと変換する、機械的な運動変換器と、
    を有する、
    駆動システム。
12. 前記運動変換器は、前記出力シャフトの回転作用をもたらすよう、前記第１及び第２の線形アクチュエータが固定される材料の可撓性のＬ字型部分を有する、
    請求項１１記載の駆動システム。

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