JP5373186B2 - 電動駆動装置の振動システム - Google Patents

Description

本発明は、振動軸の周囲で互いに対して振動可能な第１構成要素及び第２構成要素を有し、回転振動運動を発生させるための電動駆動装置の振動システムと、電磁駆動要素及びこのような振動システムを有する駆動装置と、このような駆動装置を有する小型電気器具とに関する。

このような振動システムは、例えば、任意の更なる機械的伝達要素を用いずに運動を行うことができる直接駆動装置で使用するのに役立つ。例えば、回転振動運動をこのように駆動軸を中心として発生させることができ、更に、並進振動運動、例えば半径方向運動も発生させることができる場合、振動システムは、例えば電動歯ブラシの駆動装置に望ましい。このため、駆動装置は、複数の自由度で振動し得る振動システムを意味する。この点で互いに対して振動可能な２つの構成要素のジャーナリング（journaling）は、例えば、玉軸受によって実現される。

複数の自由度を有する運動、とりわけその１つは回転振動運動、を発生させ得る駆動装置は、国際公開第２００５／０６２４４５ Ａ１号に記載されている。ここではモータは、振動システムとしてバネ質量システムを含み、振動質量は、例えば、コイルバネ又はねじりバネ要素を介して、ハウジングに接続されている。

国際公開第０３／０５４４１４ Ａ１号は、環の形状の基板部材を有する回転バネと、電動歯ブラシなどの器具の本体に回転バネを固定式に取り付けるための要素とについて記載している。回転バネは、ディスク部材が駆動軸の回転で回転するように駆動要素の駆動軸が固定される中央開口部を有するディスクの形状の上部部材を有する。ディスク部材と基板環部材との間に３本の脚部材が延在する。

このような回転バネの短所の１つは、この特定の設計に必要な長手方向のスペースである。更なる振動運動が駆動軸により行われる必要があり、そこでバネが回復力を提供すべき場合にも、回転バネは最適ではない。

国際公開第２００５／０６２４４５ Ａ１号 国際公開第０３／０５４４１４ Ａ１号

本発明の目的は、相対回転振動運動を発生させるための駆動装置の振動システムについて説明することであり、この振動システムは、簡単な方法でジャーナリング及びバネ機能を実現し、駆動装置の小型構造を可能にする。

本目的は、請求項１の特徴を有する振動システムによって満たされる。請求項１２は、このような振動システムを有する駆動装置に関し、請求項１３は、このような駆動装置の小型電気器具を目的とする。従属請求項は、好ましい態様について記載する。

本発明による振動システムは、回転振動状態を発生させるための駆動装置に役立つ。振動システムは、第１振動構成要素及び第２振動構成要素を含み、これらの構成要素は、振動軸の周囲で互いに対して振動可能であり、互いに対して相対回転振動運動を行う。本発明による振動システムは、少なくとも回転振動運動の方向で弾性である少なくとも２つの細長いバネ要素を有する。これらの各バネ要素は、いずれの場合にも互いから間隔を空けて配置された２つの固定点を有する。これらの固定点の一方は、それぞれ第１振動構成要素に接続されており、他方の固定点は、第２振動構成要素に接続されている。したがって、バネ要素は、第１振動構成要素と第２振動構成要素とを互いに接続しているが、その方向での弾性のため回転振動運動が可能になる。

少なくとも２つの細長いバネ要素は、第１バネ要素の固定点の接続線と第２バネ要素の固定点の接続線とが０°でない交角で交差するように配置される。２つの振動構成要素は、このように互いに接続されている。しかしながら、バネ要素の弾性のため、それぞれの固定点の接続線の交点の周囲で相対回転振動運動が可能になる。

このように形成されたバネ配列は、比較的簡単な構成要素で実現可能な、互いに対する２つの振動構成要素のジャーナリング及びバネ機能を共に可能にする。玉軸受又は滑り軸受などの他のジャーナリング要素は、本発明による振動システムが非常に経済的な構造を保証するため必要ではない。

一実施形態では、バネ要素は振動軸で交差し、特に交差したバネの角度により形成される仮想の交差軸は、回転振動運動を発生させるためにモータにより回転駆動される駆動軸と同一直線上にある。

バネ要素を好適に選択することで、並進方向での運動も振動軸に対して半径方向に実行でき、それぞれの振動特性、とりわけ振動数及び振幅の設定は、バネ要素の材料及び形状を好適に選択することで簡単に可能になる。

特に簡単かつ有効な実施形態では、バネ要素は板バネを含み、板バネの表面は振動軸を含むそれぞれの平面に平行である。板バネは、製造が容易であり、その板バネ表面に配置される軸の周囲では弾性を、同時にその他の空間方向では高い剛性を提供する。

板バネは、例えば、板金から製造され得る。経済的な実施形態では、システムの板バネがパンチングプロセスのみを要するように、一般的な板金部分から曲げられている。

第１及び第２振動構成要素は、例えば、好ましくは射出成形プラスチック部分として、プラスチックから製造され得る。その後、第１及び第２振動構成要素並びにバネ要素が射出プロセスですでに互いに固定式に接続されているように、製造プロセス中にバネ要素をこれらのプラスチック部分で簡単に外側被覆することができる。バネ要素は、定形の板金部品から製造された板バネを含んでいてもよい。このように、小型で固定された装置は、振動構成要素及びバネ要素で作製される。

非常に製造コストの低い別の実施形態は、振動システム全体がプラスチック部分から実現される。

異なる空間方向での振動システムの剛性は、バネ要素間の交角を選択することにより様々に設定できる。第１振動構成要素に接続されている第１バネ要素の部分と、第２振動構成要素に接続されている第２バネ要素の部分との間の交角が測定される、例えば、交角が９０°に等しければ、他の点では等しい２つのバネ要素の特性を有する、振動軸を横切る一方の振動構成要素から他方の振動構成要素までの方向での並進運動の剛性は、それに垂直な方向での剛性と同じである。その場合には、システムは実質的に回転軸受を意味する。

対照的に、９０°に等しくない交角が選択される場合、振動軸に対して異なる横断方向での剛性値は、異なる値に選択されてもよい。例えば、９０°未満の交角が選択される場合、システムは、第１振動構成要素から第２振動構成要素までの方向で、それに垂直な方向より柔軟になる。

あるいは、又は９０°とは異なる交角の選択に加えて、バネ要素を好適に外形にすることにより、異なる振動性能を異なる方向で達成してもよい。

更に発展させた実施形態は、振動軸に平行な方向でも更に弾性であるバネ要素を有する。このように、軸方向の振動運動も発生させることができる。その場合にバネ要素は、例えば、全方向で同等の弾性を有するように選択されてもよい。製造が容易で信頼性がある実現では、中央の板バネ表面に振動軸を含む板バネもこのような実施形態に使用される。しかしながら、固定点付近の板バネの末端部は、この領域で振動軸方向での弾性も高めるように、好ましくは約９０°曲げられている。複数のこのような板バネが互いに隣接して配置される場合、このように振動軸に平行なほぼ直線運動が可能になり、リニア軸受が実現される。

そしてまた振動システム全体は、例えば、ハウジング内で振動するように懸架されてもよい。この点で、同様に交差したバネ配列（例えば、板バネを含む）は、振動システム自体と同様に使用され得る。サスペンション要素として形成されるこれらのバネの対応する実施形態では、第１振動構成要素は第２振動構成要素と反対の位相で振動する。例えば、サスペンション要素は、バネ要素と実質的に平行に配置され得る。例えば、特に振動構成要素がこのようにハウジング内で固定される電動歯ブラシで使用すると、ハンドピースで感じられる振動はかなり低減される。

本発明による駆動装置は、好ましくは電動モータの形態の電磁駆動要素と、本発明による振動システムとを有する。振動システムの振動構成要素の一方は、電磁駆動要素に回転固定式に接続され、他方の振動構成要素は、電磁駆動要素の駆動軸に接続されている。

回転振動運動及び並進振動運動を提供する電磁駆動要素が、好ましくは使用される。

電磁駆動要素を有するこのような駆動装置は、小型で簡単な構造が可能であるため、小型電気器具を駆動するのに特に好適である。本発明による駆動装置で駆動可能なこのような小型電気器具には、例えば、回転振動運動が並進振動運動と頻繁に組み合わされる、電気かみそり及び電動歯ブラシが挙げられる。

本発明による駆動装置は、電動歯ブラシなどの小型電気器具に特に好適であり、ブラシヘッドは、振動システムの振動構成要素の一方、好ましくは電磁駆動要素の駆動軸に接続された振動構成要素に接続されている。

本発明は、添付図で例として示される実施形態に関して説明されるであろう。以下のものが示されている。
本発明による振動システムを有する電動歯ブラシの部分開放斜視図。 この電動歯ブラシの部分の別の斜視図。 この部分の端面の部分透視平面図。 本発明による振動システムの実施形態の略図。 この実施形態の概略斜視図。 本発明による振動システムの第２の実施形態の細部。 組み込まれた状態のこの細部。 本発明による振動システムの第３の実施形態の略図。 この実施形態の概略斜視図。 本発明による第４の実施形態の振動システムの概略斜視図。 この実施形態の端面の概略平面図。 この振動システムの側面の概略平面図。 異なる作動状態にあるこの実施形態の側面の概略平面図。 本発明による振動システムの第５の実施形態の斜視図。 この実施形態の側面図。 第６の実施形態の本発明による振動システムを有する電動歯ブラシの部分開放図。 振動軸の視野方向での本発明による振動システムのこの実施形態の断面図。

図１は、電動歯ブラシ１０として実現される提示の小型電気器具の代表的な実施形態のいくつかの関連部分を示す。電磁駆動要素１４（ここではモータ）は、動作時にエネルギー供給用電池１６に接続されている。電磁駆動要素及び電池は、シャーシ１８に固定されている。振動システム１２の第１振動構成要素２６は、電磁駆動要素の出力軸に接続されている。板バネとして実現されたバネ要素２８、３０は、第１振動構成要素２６（オシレータの可動部として働く）を、この点で振動システム１２の第２振動構成要素１８（動作時にシャーシはユーザーの手に握られていると考えられるため、オシレータの固定部として働く）を形成するシャーシに接続する。回転出力は、電磁駆動要素１４によりその出力軸を介して供給され、第１振動構成要素２６と第２振動構成要素１８との間で方向Ａでの相対回転振動運動をもたらす。例示の実施形態では、バネ要素２８は、周囲でこの回転振動運動が起こる振動軸３２でバネ要素３０と交差する。各バネ要素の固定点３６、４０及び３８、４２（図３参照）をつなぐ接続線が振動軸３２で交差し、この交点が固定点間の接続線上に生じることは、妥当である。バネ要素２８、３０が振動軸３２に垂直な方向に延びており、提示の小型電気器具の実現に必要な限られた長手方向のスペースをもたらすことに留意すべきである。

電磁駆動要素１４は、振動システム１２により伝達可能な方向Ｂでの並進振動運動を更に誘導し得るように形成される。第１振動構成要素２６の運動は、振動システム１２の出力軸２２を介して脱着式に取り付けられたブラシヘッド２０に伝達され、この点で方向Ａでの回転振動運動及び方向Ｂでの並進振動運動を行う。回路基板２４は、第２振動構成要素１８の下に提供される。

図２は、この実施形態を詳細に示す。電磁駆動要素１４を電池１６（ここでは図示なし）に接続する、電力供給体３４を見ることができる。電動歯ブラシは、ブラシヘッド２０を取り外して示されている。第２振動構成要素１８におけるバネ要素２８、３０の固定点３６、３８は、図３により詳細に示されている。

図３は、図２に示されるような視野方向ＩＩＩでの図１及び２の実施形態の部分透視平面図を示す。ここでは、第１振動構成要素２６におけるバネ要素２８、３０の固定点４０、４２、及び第２振動構成要素１８が示されている。

図４ａは、この実施形態に使用され得るような振動システムの略図を示す。図４ａは旋回軸の方向での概略平面図を示すのに対し、図４ｂは対応する斜視図である。ただし、分かりやすいように、ここでは２つのバネ要素２８、３０のみが示されている。αはそれらの交角を表す。

特に図４ａで分かるように、バネ要素２８、３０は、振動軸３２で交差し、別の見方をすれば電磁駆動要素の出力軸と同一直線上にあるか又は平行である。

図１〜４に関して示された実施形態は、以下のように使用される。電磁駆動要素が、第１振動構成要素２６の回転振動運動を発生させる。振動軸３２の周囲の回転振動は、バネ要素２８、３０の交差配置によって可能になる。交差したバネ要素２８、３０の板バネの設計は、例えば、方向Ｂでの並進振動運動を更に可能にし、非常に高い剛性は、バネ要素の交差配置によってもたらされる。電磁駆動要素１４が更に直線振動運動を提供する場合、第１振動構成要素２６は、一方では第２振動構成要素１８に対して振動軸３２を中心に動き、他方では方向Ｂでの脈動運動を行う。

バネ２８、３０の材料を好適に選択することにより、それらの剛性と、したがってそれぞれの振動の振動振幅及び共鳴振動数とが望ましい度合いに設定され得、所望により選択的に励起され得る。

図４に示される例は、バネ要素２８、３０が９０°に等しい角度αで交差する振動システムである。したがって、直線方向Ｂ及び直線方向Ｃでの剛性は同等である。

角度αを９０°未満、例えば、６０°になるように選択する場合、剛性は方向Ｃでの剛性に対して方向Ｂで低減される。このように、振動の共鳴振動数も別の方向で異なるように設定されてもよく、例えば、それぞれの共鳴振動数の励起により所望の振動方法を好ましくは作動し得る。

図５ａは、図１〜４の実施形態の細部を示す。特に、バネ要素２８、３０を形成するように一体型に曲げられた屈曲板金部分４８を見ることができる。この点で、バネ要素２８、３０は、例えば、第２振動構成要素１８に屈曲板金部分４８を取り付け可能なシャーシ固定部５４を介して互いに接続されている。接続要素５２は、例えば、図５ａの上部で板バネ３０の部分に固定式に接続されている。第１振動構成要素２６の出力軸２２の筐体は参照番号５０で示され、対する参照番号５６は、電磁駆動要素１４の出力に対するモータ連結要素を示す。接続要素５２及びバネ要素２８、３０の上部を含む屈曲板金部分４８の部分（図５ａの上部）は、第１振動構成要素２６がプラスチック部分として形成される射出成形プロセスで外側被覆される。このように、屈曲板金部分４８は、図５ｂで分かるように、第１振動構成要素２６及び／又は第２振動構成要素１８に固定式に接続される。

図６は、第３の実施形態の振動システムを略図で示す。バネ要素４４、４６は、ここでは直線的に形成されておらず、外形４５、４７を有する。更に、振動軸３２は、一方では固定点３６、４０の間、他方では固定点３８、４２の間の２つの接続線の交点に配置される。ただし、ここでの剛性は、外形４５、４７のために方向Ｂで特に低減される。

方向Ｄでの並進振動運動が更に可能な実施形態を図７に示す。図７ａは概略斜視図を示すのに対し、図７ｂは、図７ａに示される視野方向ＶＩＩｂでの平面図を示す。図７ｃの視野方向は、図７ａのＶＩＩｃで示されている。

この実施形態では、バネ要素６０、６２は、板バネではなく棒バネとして形成されており、振動軸３２の周囲で、及び軸方向Ｄでの弾性を有する。３つのバネ要素６０、６２の使用により、図７ｄに示されるように、振動軸３２に平行な方向Ｄでほぼ直線運動が可能になり、図７ｄは、第１振動構成要素２６及び第２振動構成要素１８が互いに対して方向Ｄにずれただけの異なる動作状態で、この実施形態に対して図７ｃと同じ視野方向を示す。したがって、このような実施形態で電磁駆動要素１４により振動軸３２を中心とした方向Ａでの回転振動運動に加えて、振動軸３２に沿った直線振動運動が提供される場合、回転振動運動Ａは軸方向Ｄでの直線振動と組み合わされてもよい。

図８は、図７のシステムの改善された実施形態を示す。

ここではバネ要素は、今度は板バネ６４、６６として形成されており、中央の板バネ表面に振動軸３２を含む。ただし、板バネ６４、６６の末端部６８、７０は、第２振動構成要素１８又はオシレータ２６への固定点の領域で９０°曲げられている。板バネの末端部６８、７０の領域では、それぞれの屈曲平面７２は、図８ｂの鎖線状（chain-dotted form）で示されるように画定される。この点で図８ｂは、視野方向ＶＩＩＩｂでの図８ａのシステムの平面図を示す。

板バネの末端部６８、７０の領域で、図８ｂに示されるように、この方向での直線運動が可能になるように、方向Ｄでの剛性が低減される。

個々の実施形態は、必然的に組み合わされてもよく、例えば、図８の実施形態で板バネ６４、６６の間の交角を好適に選択することにより、方向Ｂでの剛性が方向Ｃでの剛性に対して低減され、電磁駆動要素１４が該当する運動を誘導するとき、方向Ｂでの並進振動運動は、方向Ｄでの軸方向の振動運動及び方向Ａでの回転振動運動と組み合わされ得る。

図９及び１０は、再び図１〜４の実施形態から始まるが、対応する設計を有する場合に、他の実施形態でも使用可能な、システムの実現可能なサスペンションを示す。この点で、図１０は、図９に示される切断面でこの面を方向Ｘから見た場合の、図９の電動歯ブラシの断面を示す。ここでは第２振動構成要素１８は、他方では電動歯ブラシのハウジング（図９では図示なし）に接続される、フレーム要素８０に、サスペンション要素８２を介して接続されている。この点で、サスペンション要素８２は、記載したように第２振動構成要素１８及び第１振動構成要素２６を互いに接続するバネ要素２８、３０と同様に形成される。この実施形態のサスペンション要素は、バネ要素２８、３０に平行に配置された板バネ８２を含む。電磁駆動要素１４が回転振動運動を提供する場合、第２振動構成要素１８は、第１振動構成要素２６とは反対の位相で方向Ｅに振動する。このように、特に電動歯ブラシでは、電動歯ブラシのハンドルを形成するハウジング（図９では図示なし）への振動が低減され得る。

本明細書に開示されている寸法及び値は、列挙した正確な数値に厳しく制限されるものとして理解すべきではない。それよりむしろ、特に規定がない限り、こうした各寸法は、列挙された値とその値周辺の機能的に同等の範囲との両方を意味することが意図される。例えば、「４０ｍｍ」として開示される寸法は、「約４０ｍｍ」を意味することを意図している。

相互参照される又は関連するあらゆる特許又は出願書類を含め、本明細書において引用される全ての文献は、明示的に除外ないしは制限されない限り、その全体を参考として本明細書に組み込まれる。いかなる文献の引用も、それが本明細書において開示され請求されるいずれかの発明に関する先行技術であること、又はそれが単独で若しくは他のいかなる参照とのいかなる組み合わせにおいても、このような発明を教示する、提案する、又は開示することを認めるものではない。更に、本書における用語のいずれかの意味又は定義が、参考として組み込まれた文献における同一の用語のいずれかの意味又は定義と相反する限りにおいて、本書においてその用語に与えられた定義又は意味が適用されるものとする。

本発明の特定の実施形態が例示され、記載されてきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の様々な変更及び修正を実施できることが、当業者には明白であろう。したがって、本発明の範囲内にあるこのようなすべての変更及び修正を、添付の「特許請求の範囲内」で扱うことが意図される。

Claims (14)

1. 振動軸（３２）の周囲で互いに対して振動可能な第１及び第２構成要素（１８、２６）を有し、回転振動運動（Ａ）を発生させるための駆動装置の振動システム（１２）であって、
   少なくとも前記回転振動運動（Ａ）の方向で弾性であり、互いから間隔を空けて配置された２つの対応の固定点（３６、４０；３８、４２）をそれぞれ有する少なくとも２つの細長いバネ要素（２８、３０、４４、４６、６０、６２、６４、６６）を含み、
   前記少なくとも２つの細長いバネ要素のそれぞれについて、一方の前記固定点が前記第１振動構成要素に接続され、一方の前記固定点が前記第２振動構成要素に接続されており、
   少なくとも１つの前記バネ要素（２８）の前記固定点（３６、４０）の接続線と、少なくとも１つの他の前記バネ要素（３０）の前記固定点（３８、４２）の接続線とが、０度でない交角（α）で交差する、振動システム。
2. 前記バネ要素のそれぞれの前記固定点（３６、４０；３８、４２）間の接続線が、前記振動システムの前記振動軸（３２）で交差する、請求項１に記載の振動システム。
3. 前記バネ要素が板バネ（２８、３０、４４、４６、６４、６６）を含み、前記板バネの表面が前記振動軸（３２）を含むそれぞれの平面に平行である、請求項１又は２に記載の振動システム。
4. 前記バネ要素（２８、３０）が、少なくとも前記２つの振動構成要素の一方を形成する射出成形プラスチック部分（２６）により部分的に外側被覆されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動システム。
5. 前記バネ要素（２８、３０）の少なくとも１つが、前記振動構成要素（１８、２６）の少なくとも一方と一体化している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動システム。
6. 前記第１振動構成要素に接続されている第１バネ要素（２８）の部分と、前記第２振動構成要素に接続されている第２バネ要素（３０）の部分との間で測定される前記交角（α）が、９０度である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の振動システム。
7. 前記交角（α）が９０度とは異なる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の振動システム。
8. 前記バネ要素（４４、４６）は、前記振動システム（１２）の剛性が異なる空間方向で異なるような外形（４５、４７）を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の振動システム。
9. 前記バネ要素（６０、６２、６４、６６）が、前記振動軸（３２）に平行な方向（Ｄ）で更に弾性であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の振動システム。
10. 前記バネ要素が板バネ（６４、６６）を含み、前記板バネの表面が前記振動軸（３２）を含むそれぞれの平面に平行であり、前記板バネの末端部（６８、７０）が、前記それぞれの平面に好ましくは９０度の角度を付けられており、前記角度を付けた末端部（６８、７０）が、前記振動軸（３２）に対して垂直になる、請求項９に記載の振動システム。
11. 前記第１振動構成要素が、前記第２振動構成要素に前記少なくとも２つのバネ要素を介して接続されており、前記第２構成要素が、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のバネ要素（２８、３０、４４、４６、６０、６２、６４、６６）と同様に形成されたハウジングフレーム（８０）に少なくとも２つのサスペンション要素（８２）を介して接続されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の振動システム。
12. 電磁駆動要素（１４）、とりわけ電動モータと、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の振動システム（１２）とを有する駆動装置であって、
    前記振動システム（１２）の前記振動構成要素（１８、２６）の一方（２６）が前記電磁駆動要素（１４）に回転式に固定されており、他方の前記振動構成要素（１８）が前記電磁駆動要素（１４）の出力軸に接続されている、駆動装置。
13. 請求項１２に記載の駆動装置を有する小型電気器具。
14. ブラシヘッド（２０）を有する電動歯ブラシ（１０）として実現され、
    前記ブラシヘッド（２０）が、前記振動システム（１２）の前記振動構成要素（２６）の一方、好ましくは前記電磁要素（１４）の前記出力軸に接続された前記振動構成要素（２６）に接続されている、請求項１３に記載の小型電気器具。

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