JP6505855B2 - パーソナルクリーニングケア用具 - Google Patents

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Description

本発明はパーソナルクリーニングケアのための用具に関し、より具体的には、例えば電動歯ブラシ、電動シェーバー、電動洗顔器、電動垢すり器のようなパーソナルクリーニングケア用具に関する。
例えば電動歯ブラシ、電動シェーバー、電動洗顔器、電動垢すり器等のパーソナルクリーニングケア用具に対し、往復運動をクリーニング素子を予想の回転運動に変換させることができるパーソナルクリーニングケア用具を有すべきことが重要であり、これらのパーソナルクリーニングケア用具のあるべき姿は、構造が簡単であることと、組み付けが便利であることと、使用寿命が長くて安全であることである。
クリーニング素子を駆動するための駆動構造は数多く知られている。例えば、モーター、磁気システム、電磁システムがある。一部の駆動構造は軸受(例えばベアリング)で駆動器を支持し、このような構造はコストが高くて複雑であり、騒音とモーターの減衰が存在する問題がある。
ＣＮ１００５９１３０１Ｃには側面運動を器具作業品の回転運動に変換する装置が開示され、駆動コンポーネントは電磁石を含み、側面力を発生することができ、オペレーションの際に、２つの永久磁石に結合され、永久磁石は、運動変換コンポーネントの後端に位置される移動可能な端部品に固定されることによって、側面が少し弧線になるような並進方式で端部品が移動される。２つの永久磁石は相対固定のように前記端部品に取り付けられる。運動変換コンポーネントはリーフスプリングを設けることによって、駆動コンポーネントの駆動動作を駆動軸のねじりまたは回転動作に変換し、次に駆動軸はブラシヘッドのアームとブラシヘッドとを転動させ、それらを駆動軸の縦軸線に回って回転させる。ＣＮ１０１２９７７７５Ｂには共振駆動システム弾性部材の調整方法が開示され、バネを湾曲せずに、弾性部材の剛性を十分変更することによってその共振周波数を変更し、それを器具の駆動周波数に極近づけるようにさせる。
本発明が解決しようとする技術課題は、構造が簡単でコンパクトで、コストが低く、組立が便利で、転動が穏やかで、騒音が小さくて、減衰が低くて安全な、パーソナルクリーニングケアのための用具を提供することにある。
上記技術課題を解決するために、本発明が提供するパーソナルクリーニングケアの用具は、パーソナルクリーニングケア用具の各部に電力を提供するための電源部分と、パーソナルクリーニングケア用具の各種の作業モードおよびパーソナルクリーニングケア用具のオンとオフを制御するための制御部分と、前記クリーニングケア用具の運転をオンまたはオフにするためのトリガー部分と、入力された電気エネルギーを機械的エネルギーに変更して出力する駆動器であって、トランスジューサと駆動コイルと駆動コイルの中に設けられる駆動コイル鉄芯と駆動器を支持するための駆動器の左側のフレームと駆動器の右側のフレームとを含む駆動器と、を内部に装備されるグリップハウジングを含むグリップと、クリーニング素子担持体とクリーニング素子担持体に分布されるクリーニング素子とを含み駆動軸に取り外し可能に接続されるクリーニングコンポーネントと、を含み、トランスジューサは、クリーニングコンポーネントに挿入される駆動軸と、駆動器の左側と右側のフレームに締め付けられる少なくとも１つのトランスジューサ弾性部材固定具と、駆動軸の縦軸線に対し左右両側に配置される少なくとも２つの永久磁石と、前記永久磁石を固定接続するための永久磁石フレームと、永久磁石フレームに固定接続されるとともに駆動軸に固定接続される左側と右側のトランスジューサアクチュエータアームと、駆動軸の縦軸線の左右両側に設けられる少なくとも２つの左側のトランスジューサ弾性部材と右側のトランスジューサ弾性部材と、を含み、左側と右側のトランスジューサ弾性部材の一端はそれぞれトランスジューサ弾性部材固定具に固定接続され、左側と右側のトランスジューサ弾性部材の他端はそれぞれ対応されるトランスジューサアクチュエータアームに固定接続され、永久磁石は互いに独立され、左側の永久磁石が駆動コイルに向かう方向の磁極の極性はＳ極またはＮ極で、右側の永久磁石が駆動コイルに向かう方向の磁極の極性は左側の永久磁石の磁極の極性に反対される極性であり、前記左側と右側の永久磁石は、それらの内部の磁力線の方向と駆動コイル鉄芯の縦軸線の方向との角度はそれぞれ４５°より大きくて１３５°より小さいように設けられ、左側と右側の永久磁石はトランスジューサ弾性部材固定具に対して移動可能で、駆動コイルに周波数のｆ０の交番電流を通される場合に、左側と右側の永久磁石の運動方向と駆動コイル鉄芯の縦軸線の方向とはほぼ平行し、すなわち両者の角度が１７０°より大きくて１９０°より小さく、または−１０°より大きくて１０°より小さい。
上記技術案は以下のような２つの方面の有益な技術効果を有する。第１方面において、左側と右側の永久磁石は、それらの内部の磁力線の方向と駆動コイル鉄芯の縦軸線の方向との角度が４５°より大きくて１３５°より小さいように設けられる場合に、左側と右側の永久磁石の間に形成され駆動コイルを通す磁力線の方向と、通電される駆動コイルによって形成されるコイルの内部の磁力線の方向とが空間において４５°より大きくて１３５°より小さいように交差され、すなわち駆動コイルによって生成される磁場の軸線と永久磁石の作る磁場の軸線との間に生成される相互干渉が小さい。つまり、上記２つの磁場の相互干渉が小さく、駆動コイルにおける電流の大きさと方向の変更に応じて、駆動コイルによって生成される磁場も変更されるが、駆動コイルの磁場の軸線と永久磁石の作る磁場の軸線との干渉が小さいため、駆動コイルによって生成される磁場の変化が永久磁石の作る磁場への影響は非常に有限である。駆動コイルに余弦で変化する交番電流を通されると、通電導体が永久磁石の作る磁場に位置されるため、通電導体は電磁力に付勢され、電磁力の公式はＦ＝ＮＢＩＬｃｏｓωｔで、式の中のＢが永久磁石の作る磁場が導体の箇所における磁場の密度で、Ｉｃｏｓωｔが導体に流れる電流で、Ｌが導体が永久磁石の作る磁場における有効長さで、Ｎが導体の合計本数で、ωが電流の変化の電気角速度で、ｔが時間で、電磁力の公式からわかるように、ＮとＢとＬとが変化しない場合に、ＦはＩｃｏｓωｔのみに関わる。上記２つの相互干渉が小さい磁場はＢの変化が小さいと保証することができ、クリーニング用具の内部構造はＬとＮとが変化しないことを保証することができる。ｃｏｓωｔの曲線が滑らかな曲線で、すなわち電磁力が連続的に漸次変化で激変のない物理量であるため、クリーニング用具が電磁力Ｆの駆動によって穏やかで激しさのない運動を保証することができ、すなわち運動の加速度は激変されない。第２方面において、本発明には、それぞれ左側のトランスジューサ弾性部材と右側のトランスジューサ弾性部材との、少なくとも２つのトランスジューサ弾性部材が設計的に入れられ、弾性材料の曲げひずみで固有振動周波数ｆ固を有するトランスジューサが構成され、トランスジューサの固有周波数ｆ固が駆動周波数ｆ０に極近づけると、グリップハウジングにおける駆動コイルによって生成されトランスジューサに作用される電磁力は、トランスジューサを諧振状態にさせ、トランスジューサの固有周波数ｆ固が駆動周波数ｆ０に一致されると、グリップハウジングにおける駆動コイルによって生成されトランスジューサに作用される電磁力は、トランスジューサを共振状態にさせる。言うまでもないが、諧振状態または共振状態において、エネルギーの伝達効率が非常に高い。従来のような軸受（例えばベアリング）が採用された駆動構造において、クリーニング部品が回転運動の他に、別の運動をしないようにするために、軸受のような拘束部材が設けられるが、このような拘束は騒音とエネルギーの損失を招き、コストも高まる。本発明において、弾性部材と永久磁石が合理的に配置されるため、トランスジューサの穏やかな転動を実現することができ、クリーニング用具の回転運動を実現するために必須となる拘束部材(例えば軸受等)の設置が避けられる。永久磁石の合理的な配置によって、トランスジューサに付勢される電磁力の合計がほぼゼロになるとともに、トランスジューサに付勢されるトルクをうまく利用することによって、前記拘束構造を省くことができるため、クリーニング用具の構造がよりコンパクトになり、転動がより穏かになり、騒音がより小さくなる。また、トランスジューサ弾性部材を１つのみ設ける構造に比べ、本発明のクリーニング用具の構造は騒音がより低く効果がより高い。上記２つの方面の有益な技術効果を鑑み、本発明は、構造が簡単でコンパクトであることと、コストが低いことと、組立が便利であることと、転動が穏やかであることと、騒音が小さいことと、減衰が低くて安全であることとの目標を実現した。
好ましくは、左側と右側の永久磁石は、それらの内部の磁力線の方向と駆動コイル鉄芯の縦軸線の方向との角度が９０°になるように設けられる。その際に、本発明における左側と右側の永久磁石の間に形成され駆動コイルを通す磁力線の方向と、通電される駆動コイルによって形成されコイルの内部の磁力線の方向とは空間において９０°で交差し、すなわち駆動コイルによって生成される磁場の軸線と永久磁石の作る磁場の軸線が直交する。上記２つの磁場の直交は、２つの磁場が互いに干渉されないと理解されてもよく、駆動コイルにおける電流の大きさと方向の変化に応じて、駆動コイルによって生成される磁場も変化するが、駆動コイルの磁場の軸線と永久磁石の作る磁場の軸線が直交するため、駆動コイルによって生成される磁場の変化は永久磁石の作る磁場に影響されない。駆動コイルに余弦で変化される交番電流が通されると、通電導体が永久磁石の作る磁場に位置されるため、通電導体は電磁力に付勢され、電磁力の公式はＦ＝ＮＢＩＬｃｏｓωｔで、式の中のＢが永久磁石の作る磁場が導体の箇所における磁場の密度で、Ｉｃｏｓωｔが導体に流れる電流で、Ｌが導体が永久磁石の作る磁場における有効長さで、Ｎが導体の合計本数で、ωが電流の変化の電気角速度で、ｔが時間で、電磁力の公式からわかるように、ＮとＢとＬとが変化しない場合に、ＦはＩｃｏｓωｔのみに関わる。本例における上記の直交磁場はＢが変化しないことを保証することができ、クリーニング用具の内部構造もＮとＬとが変化しないことを保証することができる。ｃｏｓωｔの曲線が滑らかな曲線で、すなわち電磁力が連続的に漸次変化で激変のない物理量であるため、クリーニング用具が電磁力Ｆの駆動によって穏やかで激しさのない運動を保証することができ、すなわち運動の加速度は激変されない。
好ましくは、本発明に係るパーソナルクリーニングケア用具のトランスジューサの左側のアクチュエータアームと、駆動軸の縦軸線についてこのアクチュエータアームと同じ側の左側の永久磁石と、対応される永久磁石フレームとの固定接続されて駆動軸の縦軸線について前記アクチュエータアームと同じ側の左側のトランスジューサ弾性部材の下に位置される部分はトランスジューサの左側の下部の部分と限定され、トランスジューサの右側のアクチュエータアームと、右側の永久磁石と、対応される永久磁石フレームとの固定接続されて右側のトランスジューサ弾性部材の下に位置される部分はトランスジューサの右側の下部の部分と限定され、トランスジューサの左側の下部の部分とトランスジューサの右側の下部の部分とは少なくとも１つの隙間(本発明においては２つの隙間である)が存在し、この隙間において、不平衡力によるトランスジューサの並進運動を十分補償するための磁力が存在し、且つ少なくとも１つの永久磁石が極性の反対されるもう１つの永久磁石に対する運動が許される。この技術案は、従来のパーソナルクリーニング用具の製造誤差またはその他の妨害要素による各グループの磁力の大きさの不一致によって、パーソナルクリーニングケア用具のトランスジューサの応力平衡の状態が破壊され、応力が不平衡のトランスジューサに回転運動以外の並進運動の傾向が発生され、エネルギーの損失と騒音が発生してしまう状況を、十分考慮した。そのため、この技術案は前記２つの隙間を採用し、前記隙間の距離の変更によって、上記の不平衡の力を有効的に修正することができ、パーソナルクリーニングケア用具の運動をより穏かにさせる。
好ましくは、トランスジューサの左側の下部の部分とトランスジューサの右側の下部の部分との隙間の長さは０．１ｍｍから２ｍｍである。更に好ましくは、この隙間の長さは０．２ｍｍから１ｍｍである。それによって、前記隙間の不平衡力を調整する機能をより有効に発揮することができ、上記不平衡力をより良く修正することができ、パーソナルクリーニングケア用具の運動をより穏かにさせる。
好ましくは、本発明に係る永久磁石は長方体形のネオジム永久磁石であってもよく、長さが約５ｍｍから３０ｍｍで、幅が約２ｍｍから２０ｍｍで、高さは約１ｍｍから１０ｍｍであることが好ましい。この種の永久磁石は、加工が便利で、仕様化と標準化の程度が高いなどのメリットを有し、工業生産されやすく、また、異なるタイプのパーソナルクリーニングケア用具の需要を合わせるために、異なる寸法のパーソナルクリーニングケア用具に応じて異なる寸法のこの種の永久磁石を採用することもできる。
好ましくは、トランスジューサには４つの永久磁石が設けられ、左側の永久磁石と右側の永久磁石は、それらが付勢される反力の大きさがほぼ一致され、幅値の差が約１０％以内で、方向が反対し、方向の角度が１０°以内のように設けられてもよい。それによって、駆動軸はほぼ交番の平衡力に付勢され、この交番の平衡力は交番トルクを発生することによって、駆動軸の高速往復で効率的な転動が形成される。
好ましくは、トランスジューサ弾性部材は矩形弾性部材または片型弾性部材を含む。前記矩形弾性部材も片型弾性部材も、共通性が強いことと、生産加工されやすいことと、値段が安いことと、獲得しやすいことと、交換されやすいこととのメリットがあり、良い使用寿命を有し、エネルギーを確実に吸収と釈放をし続けることができ、パーソナルクリーニングケア用具の正常で穏やかな動作を保証することができる。
好ましくは、トランスジューサには２つのトランスジューサ弾性部材が設けられ、それらは駆動軸の縦軸線の左右両側に対称に分布し、２つのトランスジューサ弾性部材の角度は１８０°のようにされてもよい。左側のトランスジューサ弾性部材と右側のトランスジューサ弾性部材は、それらの曲げ抵抗の断面係数と長さとがほぼ一致し、幅値の差が１０％以内にされることによって、左側のトランスジューサ弾性部材のたわみと右側のトランスジューサ弾性部材のたわみの幅値がほぼ一致し、各自のたわみ方向が反対する。それによって、駆動軸はほぼ交番の平衡力に付勢され、この交番の平衡力は交番トルクを発生することによって、駆動軸の高速往復で効率的な転動が形成される。
より好ましくは、トランスジューサ弾性部材の個数は複数でもよく、特に、トランスジューサには３つのトランスジューサ弾性部材が設けられ、その中の２つのトランスジューサ弾性部材の間の角度は２αで、０°＜α＜９０°で、この２つのトランスジューサ弾性部材のいずれかと３つ目のトランスジューサ弾性部材との角度はδで、δ＝（３６０°−２α）／２のようにされてもよい。このように最適化された技術案は、トランスジューサの左側と右側のアクチュエータアームがそれぞれ駆動軸に作用する力の幅値の差を１０％以内にさせ、力の方向を反対にさせ、左側と右側のアクチュエータアームが駆動軸の縦軸線に対する力モーメントの大きさをほぼ一致させ、力モーメントの方向も一致させることができることによって、駆動軸がクリーニング素子担持体とクリーニング素子とを穏かで高速的に往復運動させるように駆動することを実現する。
前記パーソナルクリーニングケア用具は、電動歯ブラシ、電動シェーバー、電動洗顔器、電動垢すり器を含み、その他の似ているような機能を有する用具であってもよい。
図１は本発明に係るパーソナルクリーニングケア用具の正面図である。 図２は図１に示すパーソナルクリーニングケア用具の側面局部断面図である。 図３は図２に示す駆動器の正面視の図である。 図４は図３に示す駆動器の分解図である。 図５はトランスジューサの斜視図である。 図６は図４に示す駆動コイルの斜視図である。 図７はトランスジューサと駆動コイルとが組み合わせた状態における模式図である。 図８Ａは図７に示す駆動コイル二次巻線の電流方向と永久磁石の応力方向の原理の説明図である。 図８Ｂは駆動コイルと永久磁石磁力の原理の説明図である。 図９は第１変形トランスジューサの斜視図である。 図１０は別の角度から見た図９に示すトランスジューサの斜視図である。 図１１Ａは図９に示すトランスジューサと変形駆動コイルとが組み合わせた状態における模式図である。 図１１Ｂは図１１Ａに示す駆動コイル二次巻線の電流方向と永久磁石の応力方向の原理の説明図である。 図１２は図１１Ａに示す変形駆動コイルの斜視図である。 図１３は第２変形トランスジューサと変形駆動コイルとを組み合わせた状態における模式図である。 図１４は変形トランスジューサ弾性部材の組み合わせた模式図である。
以下に、電動歯ブラシをパーソナルクリーニングケア用具の典型的な例とし、図面を結合し本発明の例示的な実施例をより詳しく説明する。以下で電動歯ブラシのみを例として説明するが、本発明をそれに限定するものではない。本発明は電動シェーバー、電動洗顔器、電動垢すり器などのようなパーソナルクリーニングケアのための用具にも適用される。
全ての図面において、類似される符号は似ている部品を表す。
説明をはっきりさせるために、本明細書において空間の相対位置を記述する言葉、例えば「上」、「下」、「上部」、「下部」、「左」、「右」、「横方向」、「正方向」、「逆方向」などで、図面に示す１つの素子または特徴と別の素子（１つまたは複数）または特徴（１つまたは複数）との相互関係を簡単に説明したが、駆動コイルの縦軸線の方向は駆動コイルに電流が流れる際に鉄芯の内部で生成される磁力線に平行な方向を指し、「上」、「下」、「上部」、「下部」は駆動軸の縦軸線に対するもので、対応される視図に面する際に、駆動軸の縦軸線に平行な上向きの方向は「上」と「上部」に定義され、駆動軸の縦軸線に平行な下向きの方向は「下」と「下部」に定義され、「左」と、「右」とは駆動軸の縦軸線に対するもので、対応される視図に面する際に、駆動軸の縦軸線に垂直な方向が駆動軸の縦軸線における左側は「左」に定義され、その右側は「右」に定義され、「横方向」は駆動軸の縦軸線に垂直な方向を指し、「表向き」は紙に垂直な操作者に臨む方向を指し、「裏向き」は紙に垂直な操作者から離れる方向を指す。
それ以外に、本願に使用される「および／または」という言葉は、羅列された１つまたは複数の関連される言葉のいずれか、あるいは全ての組み合わせを含む。
本明細書に「第１」などの言葉で複数の素子または構成部分を説明したが、これらの素子または構成部分はこれらの言葉に限定するものではない。これらの言葉は、１つの素子または構成部分と別の素子または構成部分を区分するためのみで、「順番」を含まない。そのため、以下に検討される素子または構成部分に付けられた番号を互いに変換しても本発明の技術的な範囲内にある。
一例として、図１と図２に示すように、電動歯ブラシのような、パーソナルクリーニングケアのための用具は、グリップ１と、取り外し可能に（例えば係合接続方式で）グリップ１に取り付けられるクリーニングコンポーネントと、を含む。グリップ１はグリップハウジング１０５を含む。クリーニングコンポーネントはクリーニング素子担持体２と、クリーニング素子担持体２に分布されるクリーニング素子３と、を含み、クリーニング素子３は刷毛のようなものでもよい。クリーニングコンポーネント(例えばブラシヘッド)はクリーニングコンポーネントによって例えば係合接続方式で駆動軸１１１に取り外し可能に接続され、係合接続は駆動グリップ１とクリーニングコンポーネントとを確実に接続させることができるとともに、駆動グリップ１とクリーニングコンポーネントとを便利に分離させることができる。
グリップハウジング１０５の内部には、電源部分と、制御部分と、トリガー部分と、駆動器とが装備される。通常、電源部分は用具の各部に電力を提供するために、充電電池１０９と充電回路とを含み、制御部分は電動歯ブラシの各種の作業モードおよび電動歯ブラシのオンとオフなどを制御するために、制御回路配線板１０７を含み、トリガー部分は電動歯ブラシの運転をオンとオフにするために、スイッチ１０６を含み、駆動器の機能は入力された電気エネルギーを出力される機械的エネルギーに変換することである。
グリップ１はグリップハウジング１０５内に装備される充電コイル１０８と充電電池１０９と制御回路配線板１０７と、制御回路配線板１０７に装備されるスイッチ１０６と、グリップハウジング１０５に付着されるスイッチボタン１０４と、グリップハウジング１０５内に固定される駆動器１１０と、シール１０３と、を更に含み、制御回路配線板１０７とスイッチ１０６とは駆動器１１０に電気通信される。スイッチボタン１０４はスイッチ１０６に接続され、スイッチボタン１０４の操作によってスイッチ１０６を作動する。防水密閉のために、シール１０３の一端はクリーニング素子担持体２に接続され、シール１０３の他端は駆動器１１０に接続される。
図３と図４に示すように、駆動器１１０はトランスジューサ１３０と、駆動コイル１１４と、駆動軸の縦軸線に垂直な方向に沿って駆動コイル１１４の中空部分に設けられ高導磁性を有する駆動コイル鉄芯１１５と、駆動器１１０を支持するための駆動器の左側のフレーム１１２と駆動器の右側のフレーム１１３と、締付ねじ１２７とを含み、駆動器の左側と右側のフレーム１１２、１１３と、トランスジューサ１３０のトランスジューサ弾性部材固定具１２４とは、締付ねじ１２７によって締め付けられる。
トランスジューサ１３０は駆動軸１１１と、トランスジューサ弾性部材固定具１２４と、それぞれ駆動軸の縦軸線の左右両側に位置される左側のトランスジューサ弾性部材１２２と右側のトランスジューサ弾性部材１２３と、トランスジューサの左側と右側のアクチュエータアーム１２５と１２６と、左側と右側の永久磁石１１６と１１７と、左側と右側の永久磁石フレーム１１８と１１９と、を含み、前記左右側のトランスジューサ弾性部材１２２と１２３との角度は１８０°でもよい。左側と右側のトランスジューサ弾性部材１２２、１２３は射出成形によってトランスジューサ弾性部材固定具１２４に接続されてもよく、弾性部材の塊を射出成形によってトランスジューサ弾性部材固定具１２４に成形されてもよい。全体射出成形の案において、弾性部材の塊で左と右のトランスジューサ弾性部材１２２、１２３が作られるが、左と右のトランスジューサ弾性部材１２２、１２３の応力方向が異なるため、２つの弾性部材で構成されると考えてもよい。
勿論、トランスジューサ弾性部材はその他の方式で設置されてもよく、これらの方式も本発明の範囲内にある。
クリーニングコンポーネントに駆動軸１１１が取り外し可能に挿入されることによって、トランスジューサ１３０とクリーニングコンポーネントとは接続される。左側のトランスジューサ弾性部材１２２と右側のトランスジューサ弾性部材１２３の一端はそれぞれトランスジューサ弾性部材固定具１２４に固定接続され、左側のトランスジューサ弾性部材１２２と右側のトランスジューサ弾性部材１２３の他端はそれぞれトランスジューサの左側と右側のアクチュエータアーム１２５、１２６に固定接続される。トランスジューサ１３０の左側と右側の永久磁石１１６と１１７と、左側と右側の永久磁石フレーム１１８と１１９とは、左側と右側のトランスジューサ弾性部材１２２、１２３と、トランスジューサの左側と右側のアクチュエータアーム１２５、１２６と、駆動軸１１１と、トランスジューサ弾性部材固定具１２４とに固定接続される。トランスジューサ弾性部材固定具１２４は締付ねじ１２７によって駆動器の左側と右側のフレーム１１２、１１３に固定接続されグリップ１に固定される。上記部品は射出成形によって一体化されてもよく、機械的な接続方式で組み立てられてもよい。
トランスジューサ１３０の左側と右側の永久磁石１１６と１１７と、左側と右側の永久磁石フレーム１１８と１１９とは、駆動コイル１１４と駆動コイル鉄芯１１５とを収容するための中空区域を囲む。トランスジューサの左側のアクチュエータアーム１２５と、左側の永久磁石１１６と、左側の永久磁石フレーム１１８とが固定接続されて左側のトランスジューサ弾性部材１２２の下に位置される部分はトランスジューサの左側の下部の部分と称される。トランスジューサの右側のアクチュエータアーム１２６と、右側の永久磁石１１７と、右側の永久磁石フレーム１１９とが固定接続されて右側のトランスジューサ弾性部材１２３の下に位置される部分はトランスジューサの右側の下部の部分と称される。トランスジューサの左側の下部の部分とトランスジューサの右側の下部の部分は少なくとも１つの隙間が存在し、普通は２つの隙間１２９、１３１である。この隙間は少なくとも１つの左側の永久磁石１１６が極性が反対するもう１つの右側の永久磁石１１７に対する運動が許される。前記隙間は左側と右側の永久磁石１１６、１１７を互いに独立させる。トランスジューサ１３０はクリーニングコンポーネントに近づける方向に沿って駆動軸１１１が設けられ、駆動軸１１１はクリーニングコンポーネントに取り外し可能に組みつけられ、駆動軸１１１の形を合理的に設計することによって、駆動軸１１１を運動とエネルギーを有効的にクリーニングコンポーネントに伝達するようにさせることができる。
以下にトランスジューサ１３０を結合して運動の分析を行う。図１から図７を参照し、使用者が電動歯ブラシのスイッチボタン１０４をトリガーすることによって、スイッチ１０６をオンにする際に、グリップ１における制御システムは駆動コイル１１４を起動し、駆動コイル１１４の左側の一次巻線１２０と右側の一次巻線１２１は交代的に周波数がf０／２の交番電流を通される。トランスジューサ１３０の左側の永久磁石１１６と右側の永久磁石１１７によって形成される磁場と通電される駆動コイル１１４とは相互作用し、電磁力を生成する。駆動コイル１１４に対し永久磁石１１６、１１７を合理的に配置することによって、トランスジューサ１３０に付勢される電磁力がほぼ平衡になり、トルクＭが生成される。交番電流は駆動コイル１１４に流れるため、トランスジューサ１３０におけるトルクＭの方向も交番である。初期状態において、トランスジューサのトルクＭの方向を時計回りの方向とする。トランスジューサ弾性部材固定具１２４が駆動器の左側と右側のフレーム１１２、１１３に固定されるため、トランスジューサの左側のアクチュエータアーム１２５は左側のトランスジューサ弾性部材１２２を駆動し、時計回りの方向に沿って弯曲させ、左側のトランスジューサ弾性部材１２２は曲げひずみが発生され、エネルギーが蓄積され、左側のトランスジューサ弾性部材１２２はトランスジューサ弾性部材固定具１２４に回って時計回りの方向に沿って曲げひずみになる。それと同時に、トランスジューサの右側のアクチュエータアーム１２６は右側のトランスジューサ弾性部材１２３を駆動し、時計回りの方向に沿って弯曲させ、右側のトランスジューサ弾性部材１２３は曲げひずみが発生され、エネルギーが蓄積され、右側のトランスジューサ弾性部材１２３もトランスジューサ弾性部材固定具１２４に回って時計回りの方向に沿って曲げひずみになる。そのため、トランスジューサ１３０はグリップ１のハウジング１０５における駆動コイル１１４の駆動に応答し往復転動をする。クリーニング素子３はクリーニング素子担持体２によってトランスジューサ１３０に接続され、トランスジューサ１３０はクリーニング素子３を駆動し、往復転動をさせる。
本実施例には、それぞれ左側のトランスジューサ弾性部材１２２と右側のトランスジューサ弾性部材１２３の、少なくとも２つのトランスジューサ弾性部材が設計的に入れられ、弾性材料の曲げひずみで固有振動周波数ｆ固を有するトランスジューサ１３０が構成され、トランスジューサ１３０の固有周波数ｆ固が駆動周波数ｆ０に極近づけると、グリップハウジング１０５における駆動コイル１１４によって生成されトランスジューサ１３０に作用される電磁力は、トランスジューサ１３０を諧振状態にさせ、トランスジューサ１３０の固有周波数ｆ固が駆動周波数ｆ０に一致されると、グリップハウジング１０５における駆動コイル１１４によって生成されトランスジューサ１３０に作用される電磁力は、トランスジューサ１３０を共振状態にさせる。言うまでもないが、諧振状態または共振状態において、エネルギーの伝達効率が非常に高い。従来のような軸受（例えばベアリング）が採用された駆動構造において、クリーニング部品が回転運動の他に、別の運動をしないようにするために、軸受のような拘束部材が設けられるが、このような拘束は騒音とエネルギーの損失を招き、コストも高まる。本発明において、弾性部材と永久磁石が合理的に配置されるため、トランスジューサ１３０の穏やかな転動を実現することができ、クリーニング用具の回転運動を実現するために必須となる拘束部材(例えば軸受等)の設置が避けられる。永久磁石の合理的な配置によって、トランスジューサ１３０に付勢される電磁力の合計がほぼゼロになるとともに、トランスジューサ１３０に付勢されるトルクをうまく利用することによって、前記拘束構造を省くことができるため、クリーニング用具の構造がよりコンパクトになり、転動がより穏かになり、騒音がより小さくなる。また、トランスジューサ弾性部材を１つのみ設ける構造に比べ、本発明のクリーニング用具の構造は騒音がより低く効果がより高い。
駆動コイル１１４の左側の一次巻線１２０に電流が流れ、駆動コイル１１４の右側の一次巻線１２１に電流が流れない場合に、駆動コイル１１４の二次巻線１２８は誘導起電力を生成し、駆動コイル１１４の二次巻線１２８と外部回路とは閉回路を形成するため、駆動コイル１１４の二次巻線１２８も同じく誘導電流Ｉ１を生成する。駆動コイル１１４の左側の一次巻線１２０に電流が流れずに、駆動コイル１１４の右側の一次巻線１２１に電流が流れる場合に、駆動コイル１１４の二次巻線１２８において誘導電流Ｉ２が生成される。回路を合理的に設置することによって、Ｉ１とＩ２の周波数を一致させ、方向を反対にさせ、大きさをほぼ一致させることができる。
勿論、当業者は他の案を設計することもでき、例えば、駆動コイル１１４の一次巻線１２０、１２１を省き、回路によって生成された周波数がf０の交番電流を直接に駆動コイル１１４の二次巻線１２８に流れ、あるいは駆動コイル一次巻線を１つのみ使用し、駆動コイルの一次巻線において周波数がｆ０の交番電流を流れることによって、駆動コイル二次巻線１２８において誘導電流を生成するなどの案で、これらの案は全て本発明の範囲内にある。
また、図５と、図６と、図７と、図８Ａに示すように、本例において、駆動軸の縦軸線の両側に沿って移動可能で互いに独立される左側と右側の永久磁石１１６、１１７が２つ分布される。この２つの永久磁石１１６、１１７は駆動コイル１１４に向かう方向の磁極の極性が反対になる。左側と右側の永久磁石１１６、１１７は、それらの内部の磁力線の方向と駆動コイル鉄芯１１５の縦軸線の方向との角度が４５°より大きくて１３５°より小さいように設けられてもよく、この角度が９０°であることが好ましい。図７に示すように、駆動コイル鉄芯１１５の縦軸線の方向は紙に垂直な方向に沿って裏向きまたは表向きの方向で、この際に、駆動コイル鉄芯１１５の縦軸線の方向と駆動軸の縦軸線とは互いに垂直となる。
本発明において、左側と右側の永久磁石１１６、１１７は、それらの内部の磁力線の方向と駆動コイル鉄芯１１５の縦軸線の方向との角度が９０°になるように設けられる場合に、左側と右側の永久磁石１１６、１１７の間に形成され駆動コイルを通す磁力線の方向と、通電される駆動コイルによって形成されコイルの内部の磁力線の方向とが空間において９０°に交差され、すなわち駆動コイル１１４によって生成される磁場の軸線と永久磁石の作る磁場の軸線が直交する。上記２つの磁場の直交を、２つの磁場が互いに干渉しないと理解してもよく、駆動コイル１１４における電流の大きさと方向の変化に応じて、駆動コイル１１４によって生成される磁場も変化されるが、駆動コイル１１４の磁場の軸線と永久磁石の作る磁場の軸線が直交するため、駆動コイル１１４によって生成される磁場の変化は永久磁石の作る磁場に影響しない。駆動コイル１１４に余弦で変化する交番電流を通されると、通電導体が永久磁石の作る磁場に位置されるため、通電導体は電磁力に付勢され、電磁力の公式はＦ＝ＮＢＩＬｃｏｓωｔで、式の中のＢが永久磁石の作る磁場が導体の箇所における磁場の密度で、Ｉｃｏｓωｔが導体に流れる電流で、Ｌが導体が永久磁石の作る磁場における有効長さで、Ｎが導体の合計本数で、ωが電流の変化の電気角速度で、ｔが時間で、電磁力の公式からわかるように、ＮとＢとＬとが変化しない場合に、ＦはＩｃｏｓωｔのみに関わる。本例における上記直交磁場はＢが変化しないことを保証することができ、クリーニング用具の内部構造もＮとＬとが変化しないことを保証することができる。ｃｏｓωｔの曲線が滑らかな曲線で、すなわち電磁力が連続的に漸次変化で激変のない物理量であるため、クリーニング用具が電磁力Ｆの駆動によって穏やかで激しさのない運動を保証することができ、すなわち運動の加速度は激変されない。
上記直交磁場のメリットをよりはっきりに分析するために、以下に図８Ｂで永久磁石の磁場の軸線と駆動コイル１１４の磁場の軸線に平行あるいは重ね合う場合の状況を具体的に分析する。
図８Ｂに示すように、永久磁石を駆動コイル１１４Ａの上に分布し、永久磁石の内部の磁力線の方向と駆動コイル鉄芯１１５Ａの縦軸線（図８Ｂに示すように紙に沿って上向きあるいは下向き）の方向と平行させ、この際に、駆動コイル鉄芯１１５Ａの縦軸線の方向と駆動軸の縦軸線とは互いに平行する。よって、駆動コイル１１４Ａの生成される磁場の軸線と永久磁石の磁場の軸線とは平行し、駆動コイル１１４Ａの生成される磁場と永久磁石の磁場と互いに干渉され、駆動コイル１１４Ａの生成される磁場の大きさと方向は駆動コイル１１４Ａの電流の大きさと方向の変化につれて変化する。２つの磁場の相互干渉によって、永久磁石と駆動コイル１１４Ａとの間のエアキャップの磁場は時間の変化につれて奇形になり、エアキャップにおける磁場の密度Ｂが歪曲になり、駆動軸の縦軸線の両側に位置される磁場の密度Ｂが対称でなくなってしまう。磁場の密度Ｂの大きさが電磁力の大きさに影響を与えるため、相互干渉される永久磁石の磁場と駆動コイル１１４Ａの磁場は左右両側の永久磁石における応力を不平衡にさせ、クリーニング用具のトランスジューサを回転運動以外にも並進運動をさせ、クリーニング用具の騒音と低効率を招く。また、駆動コイル鉄芯１１５Ａの磁極と永久磁石の磁極との間に磁極の磁力が存在し、この磁力は吸引力でもよく斥力でもよく、電磁学の理論によってわかるように、この磁力は永久磁石と駆動コイル鉄芯１１５Ａとの距離の平方に反比例する。図８Ｂに示すように、左側の永久磁石１１６Ａは磁力Ｆ４に付勢され左に運動し、永久磁石と駆動コイル鉄芯１１５Ａとの距離が大きくなり、磁力Ｆ４が小さくなり、右側の永久磁石１１７Ａは磁力Ｆ３に付勢され左に運動し、永久磁石と駆動コイル鉄芯１１５Ａとの距離が小さくなり、磁力Ｆ３が大きくなる。Ｆ４とＦ３の変化が駆動コイル鉄芯１１５Ａの縦軸線に平行な方向における分力を生成し、且つこの分力が交番量であるため、クリーニング用具のトランスジューサが駆動コイル鉄芯１１５Ａの縦軸線方向に沿う振動と、騒音と、エネルギーの損失を招くことが明らかである。
それ以外に、駆動コイル１１４Ａの生成される交番磁場は永久磁石１１６Ａ、１１７Ａに対し励磁と減磁との磁化過程をし続け、図８Ｂに示すように、左の永久磁石１１６Ａは減磁状態において、右の永久磁石１１７Ａは励磁状態における、永久磁石１１６Ａ、１１７Ａの励磁と減磁過程において、磁気ヒステリシス現象によって、永久磁石１１６Ａ、１１７Ａは磁気ヒステリシス損失が生成され、この磁気ヒステリシス損失はエネルギーを流失させ、クリーニング用具の効率を低下させる。それに、この励磁と減磁作用は永久磁石１１６Ａ、１１７Ａの材料と性能により高く要求され、電磁理論からわかるように、減磁の磁場の強さが永久磁石の保磁力より大きい場合に、永久磁石が消磁され磁性を失うため、在駆動コイル１１４Ａの生成される磁場の軸線と永久磁石の磁場の軸線に平行あるいは重ね合う応用において、永久磁石の保磁力は駆動コイル１１４Ａの生成される磁場の強さより大きく、永久磁石１１６Ａ、１１７Ａと駆動コイル１１４Ａとの選択が制限される。
永久磁石の磁場の軸線が駆動コイル１１４Ａの磁場の軸線に平行あるいは重ね合う配置に比べ、本発明の前記例示において、永久磁石の磁場の軸線が駆動コイル１１４の磁場の軸線に直交する配置は上記欠点を直すことができ、クリーニング用具をより穏やかで激しさのないように運動させ、高い効率を与えつつ、永久磁石１１６、１１７と駆動コイル１１４との選択範囲が拡大される。
好ましくは、永久磁石１１６、１１７は長さが５〜３０ｍｍで、幅が２ｍｍ〜２０ｍｍで、高さが１ｍｍ〜１０ｍｍのネオジム永久磁石を採用してもよい。
図４と図６と図８Ａに示すように、駆動コイル二次巻線１２８に流れる電流をＩ１とし、電流方向を図８Ａに示すようにする。左側の永久磁石１１６は紙に垂直な表向きの反力に付勢され、右側の永久磁石１１７は紙に垂直な裏向きの反力に付勢される。駆動コイル１１４が通電されていない場合に、左側のトランスジューサ弾性部材１２２のトランスジューサ弾性部材固定具１２４に沿ってトランスジューサの左側のアクチュエータアーム１２５を指す方向の軸線は、左側の永久磁石１１６の内部の磁力線の方向に平行する。同じように、右側のトランスジューサ弾性部材１２３のトランスジューサ弾性部材固定具１２４に沿ってトランスジューサの右側のアクチュエータアーム１２６を指す方向の軸線は、右側の永久磁石１１７の内部的磁力線の方向に平行する。本例において、左側と右側のトランスジューサ弾性部材１２２、１２３は互いに平行し、同じ平面に位置する。
本発明において、前記構造によって、左側の永久磁石１１６と左側のトランスジューサ弾性部材１２２は振動システムを構成し、左側の永久磁石１１６が紙に垂直な表向きの反力に付勢される場合に、左側の永久磁石１１６は紙に垂直な表向きの方向に運動する傾向がある。左側の永久磁石１１６は左側のトランスジューサ弾性部材１２２に制限される。左側のトランスジューサ弾性部材１２２がトランスジューサの左側のアクチュエータアーム１２５に近い区域において紙に垂直な裏向きまたは表向きの方向の力または分力に付勢される場合に、あるいは紙の方向に沿って上向きまたは下向きの力モーメントに付勢される場合に、左側のトランスジューサ弾性部材１２２は左側のトランスジューサ弾性部材１２２とトランスジューサ弾性部材固定具１２４との境界線である軸線周りに湾曲変形が生成される。本例において、左側のトランスジューサ弾性部材１２２が左側のトランスジューサ弾性部材１２２のたわみに対応される旋回角度は１０°より小さいように設けられることが好ましい。そのため、左側の永久磁石１１６が紙に垂直な表向きの方向の反力に付勢される場合に、左側の永久磁石１１６は紙に垂直な表向きの方向に沿って、左側のトランスジューサ弾性部材１２２のたわみ運動のルールに従って運動する。左側の永久磁石１１６が紙に垂直な表向きの方向に沿って運動し、運動方向と駆動コイル鉄芯１１５の縦軸線の方向とほぼ平行すると理解してもよく、つまり、その角度は１７０°より大きくて１８０°以下で、あるいは−１０°より大きくて０°以下である。
それと類似するように、右側の永久磁石１１７が紙に垂直な裏向きの反力に付勢される場合に、右側の永久磁石１１７は紙に垂直な裏向きの方向に沿って運動する傾向がある。右側の永久磁石１１７は右側のトランスジューサ弾性部材１２３に制限される。右側のトランスジューサ弾性部材１２３がトランスジューサの右側のアクチュエータアーム１２６に近い区域において紙に垂直な裏向きまたは表向きの方向の力または分力に付勢される場合に、あるいは紙の方向に沿って上向きまたは下向きの力モーメントに付勢される場合に、右側のトランスジューサ弾性部材１２３は右側のトランスジューサ弾性部材１２３とトランスジューサ弾性部材固定具１２４との境界線である軸線周りに湾曲変形が生成される。本例において、右側のトランスジューサ弾性部材１２３が右側のトランスジューサ弾性部材１２３のたわみに対応する旋回角度は１０°より小さいように設けられることが好ましい。そのため、右側の永久磁石１１７が紙に垂直な裏向きの方向反力に付勢される場合に、右側の永久磁石１１７は紙に垂直な裏向きの方向に沿って、右側のトランスジューサ弾性部材１２３のたわみ運動のルールに従って運動する。右側の永久磁石１１７が紙に垂直な裏向きの方向に沿って運動し、運動方向と駆動コイル鉄芯１１５の縦軸線の方向(すなわち、図７に示す紙に垂直な裏向きまたは表向きの方向を指す)とほぼ平行すると理解してもよく、つまり、その角度は１８０°以上で１９０°より小さく、あるいは０°以上で１０°より小さい。
勿論、駆動コイル１１４に流れる電流と図８Ａに示す方向が反対になる場合に、左側と右側の永久磁石１１６、１１７の運動方向が反対になり、左側の永久磁石１１６は紙に垂直な裏向きの方向に沿って運動し、運動方向と駆動コイル鉄芯１１５の縦軸線の方向とほぼ平行し、その角度は１８０°以上で１９０°より小さく、あるいは０°以上で１０°より小さい。右側の永久磁石１１７は紙に垂直な表向きの方向に沿って運動し、運動方向と駆動コイル鉄芯１１５の縦軸線の方向とほぼ平行し、その角度は１７０°より大きくて１８０°以下で、あるいは−１０°より大きくて０°以下である。
上記のように、駆動コイル１１４の二次巻線１２８に周波数がf０の交番電流を通されると、永久磁石１１６、１１７は駆動コイル１１４からの反力に付勢されて運動し、左側と右側の永久磁石１１６、１１７の運動方向と駆動コイル鉄芯１１５の縦軸線の方向はほぼ平行し、つまり、その角度は１７０°より大きくて１９０°より小さく、あるいは−１０°より大きくて１０°より小さい。勿論、本例と異なる永久磁石の分布方式を採用してもよい。
もう１つの実施例において、図９と図１０と図１１Ａに示すように、第１変形トランスジューサには４つの永久磁石２１６、２１７、２１８、２１９が設けられ、それらは各永久磁石フレーム２２７、２２８、２２９、２３０に固定接続される。永久磁石フレーム２２７、２２８、２２９、２３０は高導磁性を有する材料例えば工業用鉄またはケイ素鋼板などによって作られる。この第１変形トランスジューサは、第１変形トランスジューサ永久磁石２１６、２１７、２１８、２１９と、第１変形トランスジューサの上部と下部の左側の永久磁石フレーム２２７、２２８と、第１変形トランスジューサの上部と下部の右側の永久磁石フレーム２２９、２３０と、第１変形トランスジューサの左側と右側のアクチュエータアーム２２５、２２６と、第１変形トランスジューサの左側と右側のトランスジューサ弾性部材２２２、２２３と、第１変形トランスジューサ弾性部材固定具２２４と、第１変形トランスジューサ駆動軸２１１と、を含み、これらの部品は固定接続される。
本例において、第１変形トランスジューサの上部の左側の永久磁石２１６が駆動コイル１１４に向かう方向の磁極の極性はＳ極で、第１変形トランスジューサの下部の左側の永久磁石２１７が駆動コイル１１４に向かう方向の磁極の極性はＳ極で、第１変形トランスジューサの上部の右側の永久磁石２１９が駆動コイル１１４に向かう方向の磁極の極性はＮ極で、第１変形トランスジューサの下部の右側の永久磁石２１８が駆動コイル１１４に向かう方向の磁極の極性はＮ極である。第１変形トランスジューサ永久磁石２１６、２１７、２１８、２１９は第１トランスジューサ弾性部材固定具２２４に対して移動可能である。勿論、これらの永久磁石の配置はこの他に多種の案があり、例えば右側の永久磁石２１９と２１８が駆動コイル１１４に向かう方向の磁極の極性はＳ極で、左側の永久磁石２１６と２１７が駆動コイル１１４に向かう方向の磁極の極性はＮ極であるなどの案がある。
第１変形トランスジューサの左側のアクチュエータアーム２２５と、第１変形トランスジューサの上部の左側の永久磁石フレーム２２７と、第１変形トランスジューサの下部の左側の永久磁石フレーム２２８と、第１変形トランスジューサの上部の左側の永久磁石２１６と、第１変形トランスジューサの下部の左側の永久磁石２１７と固定接続されて左側のトランスジューサ弾性部材２２２の下に位置される部分は第１変形トランスジューサの左側の下部の部分と称される。第１変形トランスジューサ右側アクチュエータアーム２２６、第１変形トランスジューサの上部の右側の永久磁石フレーム２２９と、第１変形トランスジューサの下部の右側の永久磁石フレーム２３０と、第１変形トランスジューサの上部の右側の永久磁石２１９と、第１変形トランスジューサの下部の右側の永久磁石２１８と固定接続されて右側のトランスジューサ弾性部材２２３の下に位置される部分は第１変形トランスジューサの右側の下部の部分と称される。第１変形トランスジューサの左側の下部の部分と第１変形トランスジューサの右側の下部の部分とは少なくとも１つの隙間が存在し、この隙間は少なくとも１つの第１変形トランスジューサ左側の永久磁石(例えば永久磁石２１７)が極性が反対する１つの右側の永久磁石(例えば永久磁石２１８)に対する運動が許される。
本例において、第１変形トランスジューサの左側の下部の部分と第１変形トランスジューサの右側の下部の部分とは２つの隙間２３４、２３５が存在する。これらの隙間は少なくとも１つの左側の永久磁石(例えば永久磁石２１７)と少なくとも１つの極性が反対する右側の永久磁石(例えば永久磁石２１８)とを互いに独立させる。駆動軸の縦軸線の両側に４つの移動可能な永久磁石が分布し、この４つの移動可能な永久磁石が駆動コイル１１４に向かう方向において、少なくとも１つの左側の永久磁石(例えば永久磁石２１７)の磁極の極性と１つの右側の永久磁石(例えば永久磁石２１８)の磁極の極性とは反対になると、理解してもよい。少なくとも１つの左側の永久磁石(例えば永久磁石２１７)と極性が反対する１つの右側の永久磁石(例えば永久磁石２１８)は互いに独立する。少なくとも１つの左側の永久磁石(例えば永久磁石２１７)は極性が反対する右側の永久磁石(例えば永久磁石２１８)に対して運動すると、理解してもよい。
図１１Ａは第１変形トランスジューサと変形駆動コイルとが組み合わせた模式図で、図１１Ｂは図１１Ａに示す駆動コイル二次巻線の電流方向と永久磁石の応力方向の説明図である。図１から図７に示す永久磁石を置く方式と異なる。図１１Ａと図１１Ｂに示すように、第１変形トランスジューサ永久磁石フレーム２２７、２２８、２２９、２３０が高導磁性の材料で作られたため、第１変形トランスジューサ永久磁石フレームの磁気抵抗が非常に小さく、永久磁石の多くの磁束は永久磁石フレームにおいて流通される。磁場理論によって、第１変形トランスジューサの上部の左側の永久磁石フレーム２２７が隙間２３４に臨む平面においてＮ磁極が形成され、第１変形トランスジューサの上部の右側の永久磁石フレーム２２９が隙間２３４に臨む平面においてＳ磁極が形成されることによって、第１変形トランスジューサの上部の左側の永久磁石フレーム２２７が隙間２３４に臨むＮ磁極と第１変形トランスジューサの上部の右側の永久磁石フレーム２２９が隙間２３４に臨むＳ磁極は磁力を生成し、この磁力は吸引力で、この磁力の特性は、隙間２３４における磁力線の長さを最短に維持するように表される。
制造誤差または他の妨害によって、図１１Ａと図１１Ｂに示す磁力Ｆ６、Ｆ８と、Ｆ５、Ｆ７との大きさが不一致になり、クリーニング用具のトランスジューサの応力平衡の状態が破壊され、不平衡応力のトランスジューサが回転運動以外の並進運動をする傾向があり、エネルギーの損失と騒音を招くが、本例における隙間２３４、２３５は不平衡力を有効的に補正することができる。Ｆ８＞Ｆ７で、Ｆ６＞Ｆ５とすると、クリーニング用具のトランスジューサの右側が付勢される裏向きの力は、クリーニング用具トランスジューサの左側が付勢される表向きの力より大きいようになる。第１変形トランスジューサの上部の右側の永久磁石フレーム２２９が第１変形トランスジューサの上部の左側の永久磁石フレーム２２７に対して裏向きに運動することによって、隙間２３４における磁力線の長さが長くなり、第１変形トランスジューサの上部の右側の永久磁石フレーム２２９と第１変形トランスジューサの上部の左側の永久磁石フレーム２２７とによって生成された、隙間２３４に存在する磁力が磁力線を最短に維持する傾向があるため、この磁力が裏向きの不平衡力による運動に抗し、第１変形トランスジューサの上部の右側の永久磁石フレーム２２９に付勢する表向きの磁力を生成することによって、隙間２３４における磁力は不平衡力による運動を補正し、すなわちこの磁力は第１変形トランスジューサの上部の右側の永久磁石フレーム２２９と第１変形トランスジューサの上部の左側の永久磁石フレーム２２７との相対位置が変わらないように維持する傾向があり、クリーニング用具の運動をより穏やかにさせる。隙間２３４における磁力の大きさは不平衡力に対する応答の程度を決定し、電磁学の理論からわかるように、隙間２３４における磁場の有効体積は磁力の大きさに影響を与え、換言すれば、隙間２３４の長さは磁力の大きさに影響を与える。また、永久磁石の磁場の強さも磁力の大きさに影響を与える。
大量な試験によって、好ましくは、隙間２３４の長さは０．１ｍｍ〜２ｍｍである。更に好ましくは、隙間は０.２ｍｍ〜１ｍｍである。隙間２３５は同じような機能を有し、原理も同じである。それと類似されるように、図４と図５と図７と図１３に示すように、トランスジューサ１３０の左側の下部の部分とこのトランスジューサの右側の下部の部分との間の上隙間１３１と、トランスジューサ１３０の左側の下部の部分とこのトランスジューサの右側の下部の部分との間の下隙間１２９とは、隙間２３４と隙間２３５に同じような機能を有し、また、第２変形トランスジューサの左側の下部の部分とこのトランスジューサの右側の下部の部分との間の上隙間３３２と、第２変形トランスジューサの左側の下部の部分とこのトランスジューサの右側の下部の部分との間の下隙間３３３とは、隙間２３４と隙間２３５に同じような機能を有するので、ここで省略する。
図１１Ｂに示すように、トランスジューサ１３０に対する分析に類似されるように、第１変形トランスジューサの変形駆動コイル２１４において、駆動軸の縦軸線の両側に対し、４つの移動可能な永久磁石２１６、２１７、２１８、２１９が分布し、且つ少なくとも１つの左側の永久磁石(例えば永久磁石２１７)と磁極の極性が相反する１つの右側の永久磁石(例えば永久磁石２１８)は互いに独立する。２つの移動可能で互いに独立する永久磁石２１７、２１８が変形駆動コイル２１４に向かう方向における極性はそれぞれ反対になり、この２つの移動可能で互いに独立される永久磁石２１７、２１８は変形駆動コイル２１４からの反力に付勢されて運動し、前記左側と右側の永久磁石２１７、２１８の運動方向と変形駆動コイル鉄芯２１５の縦軸線方向(すなわち、図１１Ａに示す紙面に垂直な裏向きまたは表向きの方向を指す)はほぼ平行し、つまり、その角度は１７０°より大きくて１９０°より小さく、あるいは−１０°より大きくて１０°より小さい。
勿論、トランスジューサの永久磁石の位置分布は多種あり、例えば，トランスジューサ１３０と第１変形トランスジューサにおける永久磁石の位置と数量を任意に組み合わせてもよく、これらの案は全て本発明の範囲内にある。
図４と図５と図７に示すように、好ましくは、トランスジューサ弾性部材１２２、１２３は矩形弾性部材または片型弾性部材を含む。
図４と図５と図７に示すように、トランスジューサ１３０の例示において、左側と右側のトランスジューサ弾性部材１２２、１２３が長方体形の金属弾性片で、左側と右側のトランスジューサ弾性部材１２２、１２３の両端はそれぞれトランスジューサ弾性部材固定具１２４と、トランスジューサの左側と右側のアクチュエータアーム１２５、１２６とに固定接続され、左側のトランスジューサ弾性部材１２２は左側の永久磁石１１６からの運動とエネルギーを引き受け、右側のトランスジューサ弾性部材１２３は右側の永久磁石１１７からの運動とエネルギーを引き受ける。この例において、トランスジューサ弾性部材固定具１２４はグリップ１に固定され、トランスジューサの左側と右側のアクチュエータアーム１２５、１２６はトランスジューサ弾性部材固定具１２４に対し、弾性部材たわみルールに従う運動をする。トランスジューサの左側と右側のアクチュエータアーム１２５、１２６はトランスジューサ弾性部材１２２、１２３の上方に固定接続されるとともに駆動軸１１１に固定接続され、クリーニング素子３はクリーニング素子担持体２に固定接続され、クリーニングコンポーネントは取り外し可能に駆動軸１１１に接続される。当業者は合理的な駆動軸１１１とクリーニングコンポーネントの構造を設計することができ、駆動軸１１１を有効にクリーニングコンポーネントを駆動させる。移動可能で互いに独立する永久磁石１１６、１１７が駆動コイル１１４からの反力に付勢されて運動する場合に、トランスジューサ弾性部材１２２、１２３は永久磁石１１６、１１７の運動につれて運動し、トランスジューサ弾性部材１２２、１２３はエネルギーの吸収と釈放をし続け、トランスジューサ弾性部材１２２、１２３の応答周波数が駆動コイル１１４の電流の周波数に近くなると、トランスジューサのエネルギー変換效率が著しく向上し、電動歯ブラシの全体が高効率の状態になる。左側の永久磁石１１６の運動は左側のトランスジューサ弾性部材１２２に制限されるため、左側の永久磁石１１６が駆動コイル鉄芯１１５の縦軸線にほぼ平行する反力に付勢されると、トランスジューサの左側のアクチュエータアーム１２５と左側の永久磁石１１６は、トランスジューサ弾性部材固定具１２４と左側のトランスジューサ弾性部材１２２との境界線である軸線周りに湾曲運動をし、同じように、トランスジューサの右側のアクチュエータアーム１２６と右側の永久磁石１１７は、トランスジューサ弾性部材固定具１２４と右側のトランスジューサ弾性部材１２３との境界線である軸線周りに湾曲運動をする。駆動軸１１１の縦軸線は、トランスジューサ弾性部材１２２、１２３とトランスジューサ弾性部材固定具１２４との境界線に対しほぼ平行し、より好ましくは、その角度は０°以上で１５°より小さく、駆動軸１１１の縦軸線から左側と右側のトランスジューサ弾性部材１２２、１２３までの最短距離が一致する。
前記示例において、左側の永久磁石１１６と右側の永久磁石１１７とに付勢される反力の大きさはほぼ一致し、好ましくは、幅値の差が約１０％以内で、方向がほぼ反対で、方向の角度が１０°以内で、また、左側のトランスジューサ弾性部材１２２と右側のトランスジューサ弾性部材１２３との曲げ抵抗の断面係数と長さがほぼ一致し、好ましくは、幅値の差が１０％以内であるため、左側のトランスジューサ弾性部材１２２のたわみと右側のトランスジューサ弾性部材１２３のたわみの幅値がほぼ一致し、幅値の差が１０％以内で、たわみ方向がそれぞれ反対になる。そのため、駆動軸１１１はほぼ交番の平衡力に付勢され、この交番平衡力が交番トルクを生成し、駆動軸１１１の高速往復で効率的な転動を形成する。同様に、第１変形トランスジューサと第２変形トランスジューサも似た効果が得られる。
本発明によれば、トランスジューサ弾性部材の数は複数でもよい。図１４に示すように、３つのトランスジューサ弾性部材４０１、４０２、４０３を配置し、その中の２つのトランスジューサ弾性部材、例えばトランスジューサ弾性部材４０１と４０２との間の角度が２αで、０°＜α＜９０°で、この２つのトランスジューサ弾性部材４０１と４０２のいずれかと、３つ目のトランスジューサ弾性部材４０３との間の角度はδで、δ＝(３６０°−２α)／２のようにされてもよい。
図４と図５と図７と図１４に示すように、弾性部材４０１、４０２、４０３の曲げ抵抗の断面係数と長さとを合理的に設定することによって、トランスジューサの左側と右側のアクチュエータアームが駆動軸に付勢する力の大きさを近似し、好ましくは、トランスジューサの左側と右側のアクチュエータアーム１２５、１２６が駆動軸に付勢する力の幅値の差を１０％以内にし、力の方向を反対にし、左側と右側のアクチュエータアーム１２５、１２６が駆動軸の縦軸線に対する力モーメントの大きさを近似し、好ましくは、トランスジューサの左側と右側のアクチュエータアーム１２５、１２６が駆動軸の縦軸線に対する力モーメントの幅値の差を１０％以内にし、力モーメントの方向を同じようにすることによって、駆動軸がクリーニング素子担持体２とクリーニング素子３とを穏やかで高速的に往復転動させるように駆動することを実現する。
図１３には第２変形トランスジューサを示し、それと、図７に示すトランスジューサと、図９に示す第１変形トランスジューサとの異なる点は、図７と図９に示す実施例において、単一の弾性固定具１２４または２２４が設けられ、トランスジューサの左側のアクチュエータアーム１２５または２２５と、トランスジューサの右側のアクチュエータアーム１２６または２２６とが駆動軸１１１または２１１の軸線から離れる距離に比べると、単一のトランスジューサ弾性部材固定具１２４のほうが駆動軸１１１の軸線により近いが、図１３の例示において、それぞれ左側トランスジューサ弾性固定具３２４と右側トランスジューサ弾性固定具３２５との、２つの弾性固定具が設けられ、それぞれトランスジューサの左側のアクチュエータアーム３２６とトランスジューサの右側のアクチュエータアーム３２７とが駆動軸３１１の軸線から離れる距離に比べると、この２つの弾性固定具３２４、３２５のほうが駆動軸３１１の軸線から離れる。勿論、トランスジューサ弾性部材固定具をいくつ設けても、これらの構造の共通な特徴は、少なくとも２つのトランスジューサ弾性部材が駆動軸１１１、２１１または３１１の縦軸線の両側に分布し、駆動軸１１１、２１１または３１１の縦軸線の同じ側に位置する永久磁石がトランスジューサ弾性部材の一端に接続されることである。トランスジューサ弾性部材のアクチュエータアームは対応するトランスジューサ弾性部材固定具に対し相対移動可能で、駆動軸の縦軸線の両側には少なくとも１対のトランスジューサ弾性部材のアクチュエータアームを有する。前記１対のトランスジューサ弾性部材のアクチュエータアームの運動方向の角度は９０°より大きくて２７０°より小さい。それによって、永久磁石の形と位置と、トランスジューサ弾性部材の形と位置と、弾性部材の曲げ抵抗の断面係数とねじり抵抗の断面係数の大きさと、を合理的に設計すれば、クリーニング部品の効率的な運動を実現することができ、トランスジューサ弾性部材の幾何寸法の選択範囲を拡大することができる。
１ グリップ
２ クリーニング素子担持体
３ クリーニング素子
１０３ シール
１０４ スイッチボタン
１０５ グリップハウジング
１０６ スイッチ
１０７ 制御回路配線板
１０８ 充電コイル
１０９ 充電電池
１１０ 駆動器
１１１ 駆動軸
１１２ 駆動器の左側のフレーム
１１３ 駆動器の右側のフレーム
１１４ 駆動コイル
１１５ 駆動コイル鉄芯
１１６ 左側の永久磁石
１１７ 右側の永久磁石
１１８ 左側の永久磁石フレーム
１１９ 右側の永久磁石フレーム
１２０ 駆動コイルの左側の一次巻線
１２１ 駆動コイルの右側の一次巻線
１２２ 左側のトランスジューサ弾性部材
１２３ 右側のトランスジューサ弾性部材
１２４ トランスジューサ弾性部材固定具
１２５ トランスジューサの左側のアクチュエータアーム
１２６ トランスジューサの右側のアクチュエータアーム
１２７ 締付ねじ
１２８ 駆動コイル二次巻線
１２９ トランスジューサの左側の下部の部分とこのトランスジューサの右側の下部の部分との間の下隙間
１３０ トランスジューサ
１３１ トランスジューサの左側の下部の部分とこのトランスジューサの右側の下部の部分との間の上隙間
２１１ 第１変形トランスジューサ駆動軸
２１４ 第１変形トランスジューサ変形駆動コイル
２１５ 第１変形トランスジューサ変形駆動コイル鉄芯
２１６ 第１変形トランスジューサの上部の左側の永久磁石
２１７ 第１変形トランスジューサの下部の左側の永久磁石
２１８ 第１変形トランスジューサの下部の右側の永久磁石
２１９ 第１変形トランスジューサの上部の右側の永久磁石
２２２ 第１変形トランスジューサの左側のトランスジューサ弾性部材
２２３ 第１変形トランスジューサの右側のトランスジューサ弾性部材
２２４ 第１変形トランスジューサのトランスジューサ弾性部材固定具
２２５ 第１変形トランスジューサの左側のアクチュエータアーム
２２６ 第１変形トランスジューサの右側のアクチュエータアーム
２２７ 第１変形トランスジューサの上部の左側の永久磁石フレーム
２２８ 第１変形トランスジューサの下部の左側の永久磁石フレーム
２２９ 第１変形トランスジューサの上部の右側の永久磁石フレーム
２３０ 第１変形トランスジューサの下部の右側の永久磁石フレーム
２３１ 第１変形トランスジューサ変形駆動コイル二次巻線
２３２ 第１変形トランスジューサ変形駆動コイルの左側の一次巻線
２３３ 第１変形トランスジューサ変形駆動コイルの右側の一次巻線
２３４ 第１変形トランスジューサの左側の下部の部分とこのトランスジューサの右側の下部の部分との間の上隙間
２３５ 第１変形トランスジューサの左側の下部の部分とこのトランスジューサの右側の下部の部分との間の下隙間
３１１ 第２変形トランスジューサ駆動軸
３１４ 第２変形トランスジューサ変形駆動コイル
３１５ 第２変形トランスジューサ変形駆動コイル鉄芯
３１６ 第２変形トランスジューサの上部の左側の永久磁石
３１７ 第２変形トランスジューサの下部の左側の永久磁石
３１８ 第２変形トランスジューサの下部の右側の永久磁石
３１９ 第２変形トランスジューサの上部の右側の永久磁石
３２２ 第２変形トランスジューサの左側のトランスジューサ弾性部材
３２３ 第２変形トランスジューサの右側のトランスジューサ弾性部材
３２４ 第２変形トランスジューサの左側のトランスジューサ弾性部材固定具
３２５ 第２変形トランスジューサの右側のトランスジューサ弾性部材固定具
３２６ 第２変形トランスジューサの左側のアクチュエータアーム
３２７ 第２変形トランスジューサの右側のアクチュエータアーム
３２８ 第２変形トランスジューサの上部の左側の永久磁石フレーム
３２９ 第２変形トランスジューサの下部の左側の永久磁石フレーム
３３０ 第２変形トランスジューサの上部の右側の永久磁石フレーム
３３１ 第２変形トランスジューサの下部の右側の永久磁石フレーム
３３２ 第２変形トランスジューサの左側の下部の部分とこのトランスジューサの右側の下部の部分との間の上隙間
３３３ 第２変形トランスジューサの左側の下部の部分とこのトランスジューサの右側の下部の部分との間の下隙間
３３４ 第２変形トランスジューサの左側のアクチュエータアームとこのトランスジューサの右側のアクチュエータアームとの間の隙間
４０１ 第１トランスジューサ弾性部材
４０２ 第２トランスジューサ弾性部材
４０３ 第３トランスジューサ弾性部材

Claims (11)

  1. パーソナルクリーニングケア用具の各部に電力を提供するための電源部分と、前記パーソナルクリーニングケア用具の各種の作業モードおよび前記パーソナルクリーニングケア用具のオンとオフを制御するための制御部分と、前記パーソナルクリーニングケア用具の運転をオンまたはオフにするためのトリガー部分と、入力された電気エネルギーを機械的エネルギーに変更して出力する駆動器であって、トランスジューサと駆動コイルと前記駆動コイルの中に設けられる駆動コイル鉄芯と前記駆動器を支持するための駆動器の左側のフレームと駆動器の右側のフレームとを含む駆動器と、を内部に装備されるグリップハウジングを含むグリップと、
    クリーニング素子担持体とクリーニング素子担持体に分布されるクリーニング素子とを含み、駆動軸に取り外し可能に接続されるクリーニングコンポーネントと、
    を含むパーソナルクリーニングケア用具であって、
    前記トランスジューサは、前記クリーニングコンポーネントに挿入される駆動軸であって、駆動軸の縦軸線はトランスジューサ弾性部材とトランスジューサ弾性部材固定具との境界線に対しほぼ平行され、両者の角度が０°以上で１５°より小さい駆動軸と、前記駆動器の左側と右側のフレームに締め付けられる少なくとも１つのトランスジューサ弾性部材固定具と、前記駆動軸の縦軸線に対し左右両側に配置される少なくとも２つの永久磁石と、前記永久磁石を固定接続するための対応される永久磁石フレームと、前記永久磁石フレームに固定接続されるとともに前記駆動軸に固定接続される左側と右側のトランスジューサアクチュエータアームと、前記駆動軸の縦軸線の左右両側に設けられる少なくとも２つの、左側のトランスジューサ弾性部材と右側のトランスジューサ弾性部材と、を含み、前記左側と右側のトランスジューサ弾性部材の一端はそれぞれ前記トランスジューサ弾性部材固定具に固定接続され、前記左側と右側のトランスジューサ弾性部材の他端はそれぞれ対応されるトランスジューサアクチュエータアームに固定接続され、前記左側と右側の永久磁石は互いに独立され、前記一側の永久磁石が駆動コイルに向かう方向の磁極の極性はＳ極またはＮ極で、前記他側の永久磁石が駆動コイルに向かう方向の磁極の極性は前記一側の永久磁石の磁極の極性に反対され、前記左側と右側の永久磁石は、それらの内部の磁力線の方向と駆動コイル鉄芯の縦軸線の方向との角度はそれぞれ４５°より大きくて１３５°より小さいように設けられ、左側と右側の永久磁石は前記トランスジューサ弾性部材固定具に対して移動可能で、駆動コイルに周波数のｆ０の交番電流を通される場合に、左側と右側の永久磁石の運動方向と駆動コイル鉄芯の縦軸線の方向とはほぼ平行され、すなわち両者の角度が１７０°より大きくて１９０°より小さく、または−１０°より大きくて１０°より小さい、
    パーソナルクリーニングケア用具。
  2. 前記左側と右側の永久磁石は、それらの内部の磁力線の方向と前記駆動コイル鉄芯の縦軸線の方向との角度が９０°になるように設けられる、請求項１に記載のパーソナルクリーニングケア用具。
  3. 前記トランスジューサの左側のアクチュエータアームと、駆動軸の縦軸線についてこのアクチュエータアームと同じ側の左側の永久磁石と、対応する永久磁石フレームと固定接続されて駆動軸の縦軸線について前記アクチュエータアームと同じ側の左側のトランスジューサ弾性部材の下に位置される部分はトランスジューサの左側の下部の部分と定義され、前記トランスジューサの右側のアクチュエータアームと、右側の永久磁石と、対応する永久磁石フレームと固定接続されて右側のトランスジューサ弾性部材の下に位置される部分はトランスジューサの右側の下部の部分と定義され、前記トランスジューサの左側の下部の部分と前記トランスジューサの右側の下部の部分との間は少なくとも１つの隙間が存在し、この隙間において、不平衡力によるトランスジューサの並進運動を十分補償するための磁力が存在し、且つ少なくとも１つの永久磁石が極性の反対するもう１つの永久磁石に対する運動が許される、請求項１に記載のパーソナルクリーニングケア用具。
  4. 前記トランスジューサの左側の下部の部分と前記トランスジューサの右側の下部の部分との間の隙間の長さは０．１ｍｍから２ｍｍである、請求項３に記載のパーソナルクリーニングケア用具。
  5. 前記トランスジューサの左側の下部の部分と前記トランスジューサの右側の下部の部分との間の隙間の長さは０.２ｍｍから１ｍｍである、請求項３に記載のパーソナルクリーニングケア用具。
  6. 前記左側と右側の永久磁石は長方体形のネオジム永久磁石で、その長さは５ｍｍから３０ｍｍで、幅は２ｍｍから２０ｍｍで、高さは１ｍｍから１０ｍｍである、請求項１〜３のいずれかに記載のパーソナルクリーニングケア用具。
  7. 前記トランスジューサには４つの永久磁石が設けられ、前記左側の永久磁石と右側の永久磁石は、それらが付勢される反力の大きさがほぼ一致し、幅値の差が１０％以内で、方向がほぼ反対し、方向の角度が１０°以内である、請求項１〜３のいずれかに記載のパーソナルクリーニングケア用具。
  8. 前記左側と右側のトランスジューサ弾性部材は、矩形弾性部材または片型弾性部材を含む、請求項１〜３のいずれかに記載のパーソナルクリーニングケア用具。
  9. 前記トランスジューサには２つのトランスジューサ弾性部材が設けられ、そられは前記駆動軸の縦軸線の左右両側に対称に分布し、前記２つのトランスジューサ弾性部材の角度は１８０°で、前記左側のトランスジューサ弾性部材と前記右側のトランスジューサ弾性部材とは、それらの曲げ抵抗の断面係数と長さとがほぼ一致し、幅値の差が１０％以内にされることによって、左側のトランスジューサ弾性部材のたわみと右側のトランスジューサ弾性部材のたわみの幅値がほぼ一致し、幅値の差が１０％以内で、各自のたわみ方向が相反する、請求項１〜３のいずれかに記載のパーソナルクリーニングケア用具。
  10. 前記トランスジューサには３つのトランスジューサ弾性部材が設けられ、その中の２つのトランスジューサ弾性部材の間の角度は２αで、０°＜α＜９０°で、この２つのトランスジューサ弾性部材のいずれかと３つ目のトランスジューサ弾性部材との間の角度はδで、δ＝(３６０°−２α)／２である、請求項１〜３のいずれかに記載のパーソナルクリーニングケア用具。
  11. 前記パーソナルクリーニングケア用具は、電動歯ブラシ、電動シェーバー、電動洗顔器、電動垢すり器を含む、請求項１〜３のいずれかに記載のパーソナルクリーニングケア用具。
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