JP5410754B2 - パーソナルケア電気器具用の振子駆動系 - Google Patents

Description

この発明は、一般的に、電気歯ブラシのような駆動系（アクチュエータ）に関し、より具体的には、ワークピース取付シャフトの動作をＸ−Ｙ平面に生成するために磁気作用を使用するそのような駆動系に関する。

電気歯ブラシ、シェーバ、トリマ、及び、類似装置のようなパーソナルケア電気器具では、ワークピースの所望の動作をもたらす信頼性のある駆動（作動）系を有することが重要である。費用、組立ての容易さ、及び、安全性のような他の要因も、そのような作動系に関して重要である。

ＡＣ及びＤＣ双方の小型モータ並びに多様な磁気的及び電磁的構成を含む、多くの異なる種類の駆動／作動系が既知である。しかしながら、大部分の作動系は、単一の特定の種類の又はモードのワークピースの動作、普通、回転又は部分回転のような接線動作或いは出入振動のような軸動作のいずれかを生み出すよう設計される。しかしながら、一部の場合には、１つよりも多くのモードのワークピースの動作を生み出し得る作動系を有することが望ましい。他の場合には、例えば、図８又は類似パターンのような複雑な動作を生み出すよう２つの別個のモードの動作の同時使用を含む、より複雑なワークピースの動作を生み出し得る作動系を有することが望ましい。

特殊な使用に適合するために電気器具のワークピース運動が便利に変更され得るよう、プログラム可能能力が望ましい。

従って、アクチュエータは、筐体を有するパーソナルケア電気器具のためのアクチュエータ機構を含み、アクチュエータ機構は、２つ又はそれよりも多くの離間した外側コイル支持脚と、中間ワークピース支持脚とを有するヨーク組立体と、ヨーク組立体の脚部分の自由端部に隣接して位置付けられるアーマチュアと、アーマチュアをパーソナルケア電気器具の筐体に接続するバネ組立体と、ワークピース取付シャフト及び／又はワークピース部材をその自由端部で受容するよう構成される、アーマチュア部材から延びる出力駆動シャフトと、ヨーク組立体のコイル支持脚上に巻回される少なくとも１つのコイルと、アクチュエータ機構のための電源と、アーマチュア及び出力シャフトを少なくとも二次元に移動するよう選択的な方法でコイルに電力を適用するためのプログラム可能な制御系とを含む。

図１及び２は、歯ブラシ１１のようなパーソナルケア電気器具における使用のための駆動系（ここでは振子アクチュエータと呼ぶ）の１つの実施態様を概ね１０で示している。

アクチュエータ１０は、筐体１２と、筐体１２内に取り付けられたＥ形状ヨーク１４とを含む。ヨーク１４は、２つの外側脚１６，１８と、中間脚２０と、ベース部材４０とを含む。中間脚２０の頂部には、板状アーマチュア２８の下方表面の中心から垂下する嵌め合い突起２６を受容するよう構成されたノッチ又は陥凹２４がある。アーマチュア２８は外向きにＥ形状ヨーク１４の外側脚１６，１８の外側縁部まで延び、脚の自由端部の僅か上に位置付けられる。Ｅ形状ヨークに加えて、Ｄ形状を含む他のヨーク形状が使用され得る。

アーマチュア２８の上方表面に固定されているのは、取付ブロック２９であり、外側シャフト３０が取付ブロックから延び、外側シャフトはワークピース取付シャフト（図１）を駆動し、歯ブラシのブラシヘッド３３のようなワークピースがワークピース取付シャフトの端部に取り付けられる。

アーマチュア２８は、（ヨーク１４上の）取付ブロック２９と筐体１２との間に延在するバネ組立体３４，３４によってＥ形状ヨーク１４に対して支持されている。バネ組立体支持を用いることで、アーマチュア及び出力シャフトは、Ｅ形状ヨーク及び筐体に対して軸方向に共に移動し得るし、Ｅ形状ヨークの中間脚２０に対して１つの方向又は他の方向に傾斜し得る。Ｅ形状ヨークの外側脚１６，１８の周りにそれぞれ巻回されているのは、コイル３６，３８である。コイル３６，３８は、Ｅ形状ヨーク１４のほぼベース部材４０から外側脚１６，１８の頂部付近まで延びている。

上記の構成は、とりわけ、アーマチュア２８とヨーク１４との間の距離、並びに、両方のバネ３４のバネ定数を含む、駆動系全体の幾つかの構造的及び物理的パラメータと無関係な（ヨーク１４に向かう方向並びに離れる方向の）「Ｙ」平面におけるアーマチュア２８（及び出力シャフト、故に、ワークピースシャフト３１及びワークピース３３）の変位の振幅をもたらす。

図２を参照すると、アーマチュア２８とＥ形状ヨーク１４との間に示される空気間隙は小さくなければならない。さもなければ、吸引力は小さい。これはＸＹ平面におけるアーマチュア（及び、究極的には、ワークピース）の幾分限定的な長さ方向（軸方向）変位をもたらす。

プログラム可能な電力／制御ユニット４６が、２つのコイルに電力を提供する。本ケースにおいて、電力は電池によって提供される。制御ユニット４６は、一方又は両方のコイルへの電力の適用を制御する。図示される構成を用いることで、もし等しい大きさの電流が両方のコイル３６，３８を通じて向けられるならば、アーマチュア２８及びシャフト３１上にワークピースを備える出力シャフト３０は、Ｅ形状ヨーク１４に向かって軸方向に移動する。これは図３に例証されている。故に、等しい大きさの電流パルスを周期的にコイルに単に適用することによって、ワークピースの前後動作がプログラムされ得る。

もし電流がコイル３６だけに適用されるならば、例証されるように、アーマチュア２８及び駆動シャフトは、Ｅ形状ヨークのその部分に向かって移動（傾斜）し、図４Ａに示されるように、「Ｘ」平面におけるワークピースの線形動作を生み出す。代替的に、もし電流がコイル３８だけに適用されるならば、アーマチュア及び駆動シャフトは、図４Ｂに示されるように、Ｅ形状ヨークのその部分に向かって傾斜する。

さらに、もしＡＣ変調がコイル３６，３８に適用されるＤＣ電流に適用されるならば、駆動シャフト３０及びシャフト３１上に取り付けられるワークピースの複雑な動作をもたらす複雑な波形が可能である。

上記に示されたように、Ｄ形状及び／又は他の形状のような代替的なヨーク構造が可能である。また、ヨークは、コイルを支持するために、２つよりも多く（例えば、３又は４）の脚を有し得る。さらに、一部の実施態様では、１つのコイル或いは２よりも多くのコイルが使用され得る。アーマチュアの動作は、三次元並びにＸ及びＹ次元であり得る。

図５、６Ａ、６Ｂ、７Ａ、及び、７Ｂは、振子アクチュエータの他の実施態様を示している。この実施態様は、筐体５０、及び、筐体５０内に取り付けられる二重（背中合わせ）Ｅ形状ヨーク５２（他のヨーク構造も使用され得る）を含み、アーマチュア５４が、ヨーク５２の両側を頂部及び底部に亘って延びている。アーマチュア５４の側部分５６，５７は、それぞれ、その上の内表面上に取り付けられた一対の離間した永久磁石を含み、Ｅ形状ヨーク５２に向かって延びている。１つの側部分５６上の磁石は、５８及び６０であるのに対し、他の側部分上の磁石は、６２及び６４である。磁石は、図示のような極性表示（Ｎ／Ｓ）を有する。バネ部材６６，６８が、アーマチュアの側部分５６，５７の頂端部６７，６９を筐体５０に接続するのに対し、バネ部材７０，７２は、アーマチュア５４の側部分の下方端部７１，７３を筐体に接続している。

その中心でアーマチュア５４の頂面７９に取り付けられているのは、取付ブロック７５であり、図２の実施態様に示されるものと類似する駆動シャフト７７が取付ブロックから延びている。シャフト７７の自由端部は、典型的には、ワークピースシャフト３１に繋がり、その端部には、図１に示されるように、歯ブラシのブラシヘッドのようなワークピースがある。

ヨーク５４のＥ形状区域の１つの周りに巻回されているのは第一コイル７６であり、反対のＥ形状区画の周りに巻回されているのは第二コイル７８である。ヨークの構成に依存して、１つのコイルを含む異なる数のコイルが使用され得る。磁石５８，６０は、第一コイル７６に隣接して整列されるのに対し、磁石６２，６４は、アクチュエータが休止（不活性）位置にあるとき、第二コイル７８と整列される。電力はプログラム可能な電力制御ユニット８０によって提供される。

図５の構成の利点は、アーマチュア５４、及び、究極的には、ワークピースの変位が、アーマチュアとヨークとの間の初期的な空気間隙距離に依存しないことである。むしろ、ヨークの磁気断面、適用される電流の大きさ、永久磁石の強度、及び、４つのバネのバネ定数のような要因が、アクチュエータの作動を決定する。

図５の構成は、図２の実施態様と比べ、より対照的な作動、故に、より効率的な動作を生む。この実施態様を用いるならば、二次元及び三次元動作が可能である。電流が図６Ａに表示されるような方向にコイル７６，７８を通じて電力回路８０によって適用されるとき、吸引力が、上方磁石５８，６２とコイル７６，７８の下方区画との間に生じる。アーマチュア５４は、図６Ａ中のアーマチュアの上向きの動作の表示によって示されるように、その休止位置から離れる方向に並びにヨーク５２から離れる方向に移動する。

逆に、コイル７６，７８を通じる電流が逆転されると、図６Ａに示される向きと反対方向に流れると、アーマチュアは、図６Ｂに示されるように、ヨーク５２に向かって移動する。この二重動作は、アーマチュア及び（ワークピースを備える）取付シャフトのＹ平面における軸方向（出入れ）動作をもたらす。

もし電流が１つのコイルのみ、例えば、コイル７６のみを通じて、或いは、同一方向に両方のコイルを通じて適用されるならば、図７Ａに示されるように、アーマチュア５４は１つの方向に傾斜し、「Ｘ」平面における線形動作を生む。反対の動作は、コイル７８のみを通じる電流、又は、同一方向であるが、図７Ａの方向と反対の方向に両方のコイルを通じる電流によって達成される。これは図７Ｂに示されている。

このように、コイル７６，７８を通じる電流の方向を変更することによって、アーマチュアは軸方向及び接線方向の両方に移動され得る。２つのコイルを通じる電流をＡＣ変調することによって、振幅及び周波数の両方がプログラム可能な状態で、出力シャフト７７の複雑な波形が可能であり、その結果、ワークピースの二次元及び三次元動作が得られる。永久磁石の使用の故に、より効率的なアクチュエータがその結果である。様々な駆動信号が使用され得るので、アーマチュアの１つの部分は遅い動作を行うのに対し、他の部分は速い動作を行い、その結果、ワークピースの様々な異なる作動が得られる。この装置は共振モードでも動作され得る。

図８は、図５の実施態様と類似する実施態様を示しているが、より小さく、それは歯ブラシ又は類似の小型電気器具用途により適している。

アクチュエータ９０は、筐体９２と、反対の「Ｅ」区画上に巻回される２つのコイル９６，９８を備える二重（背中合わせ）Ｅ形状ヨーク９４とを含む。他のヨーク構造が使用され得る。より少ない或いはより大きい数のコイルも使用され得る。アクチュエータ９０は、アーマチュア１００を含み、アーマチュアは、頂部及び底部の板状部分１０２，１０４を含む。取付ブロック１０６が頂部板１０２の上部表面に固定されている。駆動シャフト１０８が取付ブロック１０６から延びている。取付ブロック１０６１０９が底部板１０４の下部表面に固定されている。図示されるように、バネ部材１１０が取付ブロック１０６を筐体９２に接続しているのに対し、バネ部材１１２が取付ブロック１０９を筐体９２に接続している。アクチュエータ９０は、その他の方法では筐体に接続されない。

図９Ａ及び９Ｂは、図示されるように、電流が反対方向に２つのコイルに適用されるときの筐体に対する「Ｙ」方向におけるアクチュエータ（及び駆動シャフト１０８）の軸方向動作（出入り）を示している。電流が逆転されるとき、アクチュエータは方向を変える。図１０Ａ及び１０Ｂは、図示されるように、電流がコイルの一方にのみに或いは同一方向に両方のコイルに適用されるときの「Ｘ」方向におけるアクチュエータ（及び駆動シャフト）の動作を示している。電流の逆転は、「Ｘ」方向における往復動作をもたらす。

上記の構成の顕著な利点は、ＸＹ平面におけるワークピースの複雑な動きをプログラム可能なことである。アクチュエータ内のコイルへの駆動電流の方向、周波数、及び、大きさを変更することによって、接線方向動作及び／又は軸方向、並びに、接線方向及び軸方向動作の両方を含む複雑動作が可能である。二次元及び三次元のワークピース動作が可能である。これはプログラム制御によって行われ得る。

アクチュエータの主な使用は動力歯ブラシのためであるが、それはシェーバ、トリマ、又は、脱毛器のような他のパーソナルケア電気器具においても使用され得ることが理解されるべきである。

本発明の好適実施態様が例証の目的のために開示されているが、後続の請求項によって定められる本発明の精神から逸脱せずに、様々な変更、修正、及び、置換が実施態様中に組み込まれ得ることが理解されるべきである。

本発明の駆動系を組み込む歯ブラシを示す斜視図である。 アクチュエータの１つの実施態様を示す縦断面図である。 図２のアクチュエータの１つのモードの動作を示す縦断面図である。 図２のアクチュエータの他の動作を示す縦断面図である。 図２のアクチュエータの他の動作を示す縦断面図である。 アクチュエータの他の実施態様を示す縦断面図である。 図５のアクチュエータの様々な動作を示す縦断面図である。 図５のアクチュエータの様々な動作を示す縦断面図である。 図５のアクチュエータの様々な動作を示す縦断面図である。 図５のアクチュエータの様々な動作を示す縦断面図である。 アクチュエータのさらなる実施態様を示す縦断面図である。 図８のアクチュエータの様々な動作を示す縦断面図である。 図８のアクチュエータの様々な動作を示す縦断面図である。 図８のアクチュエータの様々な動作を示す縦断面図である。 図８のアクチュエータの様々な動作を示す縦断面図である。

Claims (11)

1. 筐体を有するパーソナルケア電気器具のためのアクチュエータ機構であって、
   ２つ又はそれよりも多くの離間した外側コイル支持脚と、中間ワークピース支持脚とを有し、前記外側コイル支持脚及び前記中間ワークピース支持脚は、第一端部と、反対側の自由端部とをそれぞれ有し、前記外側コイル支持脚及び前記中間ワークピース支持脚は、前記第一端部と前記自由端部との間で前記パーソナルケア電気器具の軸方向に延びる、ヨーク組立体と、
   該ヨーク組立体の前記外側コイル支持脚及び前記中間ワークピース支持脚の前記自由端部に隣接して位置付けられるアーマチュアと、
   該アーマチュアを前記パーソナルケア電気器具の前記筐体に接続するバネ組立体と、
   ワークピース取付シャフト及び／又はワークピース部材をその自由端部で受容するよう構成される、前記アーマチュア部材から延びる出力駆動シャフトと、
   前記ヨーク組立体の前記外側コイル支持脚上に巻回される少なくとも１つのコイルと、
   当該アクチュエータ機構のための電源と、
   前記アーマチュア及び前記出力駆動シャフトを、前記軸方向と前記軸方向とは異なる第二の軸方向とを含む少なくとも二次元において移動するよう、前記コイルに電力を適用するためのプログラム可能な制御系とを含む、
   アクチュエータ機構。
2. 前記ヨーク組立体は、Ｅ形状であり、前記コイルは、前記Ｅ形状ヨークの各支持脚上に巻回される、請求項１に記載のアクチュエータ機構。
3. 前記プログラム可能な制御系は、前記アーマチュア及び前記出力駆動シャフトが三次元に移動するよう前記コイルに電力を適用する、請求項１に記載のアクチュエータ機構。
4. 電流が等しい大きさで前記２つのコイルに適用されるとき、前記アーマチュアは、前記ヨーク組立体に向かう方向並びに離れる方向に一次元で移動し、電流が前記コイルの一方又は他方のみを通じて供給されるとき、前記アーマチュアは、直交次元において前記ヨーク組立体に対して接線方向に移動する、請求項２に記載のアクチュエータ機構。
5. 前記アクチュエータは、動力歯ブラシの一部であり、前記ワークピースはブラシヘッドである、請求項１に記載のアクチュエータ機構。
6. 前記アーマチュアは、前記アーマチュアが休止状態にあるとき、前記アーマチュアと前記Ｅ形状ヨークの前記脚の前記自由端部との間に小さな空気間隙があるよう、前記バネ組立体によって支持される、請求項１に記載のアクチュエータ機構。
7. 動作中、前記アーマチュアが前記軸方向に対して垂直な前記第二の軸方向において前記中間ワークピース支持脚について傾斜するよう、前記アーマチュアは、前記ヨーク組立体の前記中間ワークピース支持脚内の受容ノッチに嵌入する下部表面から延びる中央突起を有する板部材である、請求項１に記載のアクチュエータ機構。
8. 筐体を含むパーソナルケア電気器具のためのアクチュエータであって、
   少なくとも２つのコイルをその上に含み、第一端部と第二対向端部とを有し、前記第一端部と前記第二対向端部との間で前記パーソナルケア電気器具の軸方向において延びる、ヨーク組立体と、
   前記第一端部及び前記第二対向端部の一方に隣接して前記ヨーク組立体の頂部の上に並びに超えて延びる頂部分と、前記ヨーク組立体の前記２つのコイルを超えて下向きに延びる２つの垂下する側部分とを含み、該垂下部分は、そこに固定され、且つ、当該アクチュエータが休止位置にあるときに、対応する電気コイルと整列される第一及び第二の離間した磁石組立体を有し、前記コイルの励起は、アーマチュアの対応する動作を引き起こすアーマチュア組立体と、
   前記アーマチュアを前記休止位置に向ける傾向を有する少なくとも１つのバネ組立体と、
   前記コイルへの適用のための電源と、
   当該アクチュエータの動作を達成するよう電力をコイルに適用するためのプログラム可能な制御系とを含み、対向する方向において両方のコイルに適用される電流は、該電流の連続的な逆転の後、前記軸方向における前記アーマチュア組立体の移動を引き起こし、前記コイルの一方又は両方を通じて同じ方向において適用される電流は、前記電流の連続的な逆転の後、前記軸方向とは異なる方向における前記アーマチュアの移動を引き起こす、
   アクチュエータ。
9. 前記ヨーク組立体は、前記筐体に取り付けられ、前記アーマチュアは、前記Ｅ形状ヨークの頂部から僅かに離れて支持される頂部分を含み、前記バネ組立体は、ほぼアーマチュアの前記側部分の頂部及び底部から前記筐体まで延在する、請求項８に記載のアクチュエータ。
10. 当該アクチュエータ組立体は、歯ブラシ構造の一部であり、前記取付シャフトの外側端部上に位置付けられるブラシヘッド素子をさらに含む、請求項８に記載のアクチュエータ。
11. 前記アーマチュアは、頂板部と、底板部とを含み、前記２つの側部は、前記頂部分及び底部分の周縁部と前記筐体との間に延在し、前記頂部及び底部のバネ組立体は、前記取付ブロックと前記筐体との間に延在する、請求項８に記載のアクチュエータ。

Images