WO2004102776A1

WO2004102776A1 - ローリング駆動アクチュエータ及びそれを用いた電動歯ブラシ

Info

Publication number: WO2004102776A1
Application number: PCT/JP2004/006557
Authority: WO
Inventors: Hiroaki Shimizu; Ryo Motohashi; Hidekazu Yabuuchi; Takahiro Nishinaka; Katsuhiro Hirata; Yuya Hasegawa
Original assignee: Matsushita Electric Works, Ltd.
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2004-11-25
Also published as: JP4218412B2; US20070011834A1; EP1638193A1; US7712174B2; KR20060009329A; CN1792023A; KR100753067B1; CN1792023B; JP2004343932A; EP1638193A4

Abstract

　電動歯ブラシの駆動源として用いられるローリング駆動アクチュエータにおいて、永久磁石を平板状とし、シャフトに圧入固定されたヨークの外周部に形成された溝に嵌装して可動子を構成する。一方、ボビンに巻回されたコイル及びシャフトの軸方向におけるボビンの端部に設けられた固定ヨークなどで構成された略筒状の固定子は、その中心軸が可動子のシャフトの中心軸と同軸となるように、所定の隙間を介して、可動子の永久磁石の外面又はヨークの外面と対向するように設けられている。コイルに交番電流を供給することにより、可動子をシャフトの軸周りにローリング駆動する。

Description

明細書

ローリング駆動 -タ及びそれを用いた電動歯ブラシ

技術分野

[0001] 本発明は、ローリング駆動 -タ及びそれを用いた電動歯ブラシに関するものである。

背景技術

[0002] 例えば、特開平 9-173360号公報に示されているように、機械的な駆動変換機構を用いて、シャフトの軸方向の往復直線駆動と軸周りの往復回転駆動（ローリング駆動）とを選択的に行わせることが可能な電動歯ブラシが知られている。この電動歯ブラシでは、モータの回転方向を切り換えることにより、駆動変換機構を介して、シャフトに装着されたブラシ体に、シャフトの軸方向の往復直線駆動と軸周りのローリング駆動の 2動作を選択的に行わせることが可能である。

[0003] このような機械的な駆動変換機構を利用した電動歯ブラシでは、シャフトの軸方向の往復直線駆動と軸周りのローリング駆動とを切り換えるための駆動変換機構の構造が複雑化する。これに伴い、電動歯ブラシが大型化し、組み立てが困難となり、コストアップを招く。

[0004] 一方、例えば、特開 2002—176758号公報には、往復直線駆動ァクチユエータを用いて、シャフトに装着されたブラシ体をシャフトの軸方向に往復直線駆動する電動歯ブラシが示されている。この往復直線駆動ァクチユエータは、シャフトの往復直線駆動のみ可能であり、軸周りのローリング駆動はできなレ、が、従来の永久磁石及びコィルを用いたァクチユエータの参考として説明する。

[0005] この従来のァクチユエータについて、図 16を参照しつつ説明する。この従来のァクチユエータ 150では、磁性材料で形成されたプランジャ 151がシャフト 152の外周部に固着されている。シャフト 152は、軸受け 162により、その中心軸に平行な方向（軸方向）に往復直線駆動可能に軸支されている。シールドケース 153の内周面には、このプランジャ 151の外周に対して所定の隙間を介するように、環状のコイル 154が配置されている。さらに、シールドケース 153の内周面上で、かつ、コイル 154の上記軸方向の両側には、コイル 154に対して対称に磁着された環状の永久磁石 155及び 1 56がそれぞれ配置されている。これら永久磁石 155及び 156とコイル 154との間には、それぞれ環状の第 1ヨーク 157及び 158が配置され、さらに永久磁石 155及び 1 56のコイル 154とは反対側の位置に、環状の第 2ヨーク 159及び 160が配置されている。プランジャ 151とシールドケース 153の間にはばね部材 161が配置されており、プランジャ 151をその往復直線駆動方向のうち一方向に付勢している。そして、コィノレ 154に交番電流を供給することによりプランジャ 151を軸方向に往復直線駆動させること力 Sできる。

[0006] ところが、上記のような従来の永久磁石及びコイルを用いたァクチユエータ 150では、永久磁石 155及び 156がプランジャ 151の外周に対して隙間を介して配置されているので、環状をした永久磁石 155及び 156の内径及び外径が大きくなり、永久磁石 155及び 156の体積も大きくなる。これに伴い、永久磁石 155及び 156の材料面でのコストが高くなる。また、永久磁石 155及び 156は、円弧状の永久磁石を複数組み合わせて環状に形成されているため、環状の永久磁石 155及び 156の製造工程が複雑になり、製造面でもコストが高くなる。その結果、従来の永久磁石及びコイルを用いたァクチユエータ 150及びそれを用いた電動歯ブラシのコストも高くなる。さらに、永久磁石 155及び 156が大きいため、ァクチユエータ 150及びそれを用いた電動歯ブラシの小型軽量化が困難である。

発明の開示

[0007] 本発明は、上記従来例の問題点を解決するためになされたものであり、低コスト化、小型軽量化及び組み立て性の向上が可能であるローリング駆動ァクチユエータ及びそれを用いた低コストで小型軽量の電動歯ブラシを提供することを目的としている。

[0008] 上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るローリング駆動ァクチユエータは、軸周りに回転可能に軸支されたシャフトと、前記シャフトに固定されたヨークと、前記シャフトの軸周りにおいて前記ヨークに隣接するように装着されると共に、その厚さ方向に着磁された少なくとも 1つの平板状永久磁石とを有する可動子と、前記可動子を囲むように前記シャフトの軸周りに卷回されたコイルと、磁性材料で形成され、前記ョーク及び前記永久磁石の前記シャフトに軸に直交する方向の最外周部に対して所定の隙間を介して対向するように設けられた固定ヨークとを有する略筒状の固定子とを備え、前記コイルに交番電流を供給することにより、前記可動子を前記シャフトの軸を中心として所定角度範囲でローリング駆動させる。

[0009] また、本発明の一態様に係る電動歯ブラシは、先端にブラシが植設されたブラシ体と、前記ブラシ体を所定方向にローリング駆動するローリング駆動ァクチユエータと、前記ローリング駆動ァクチユエータに電力を供給するための電源と、前記ローリング駆動ァクチユエータに駆動電流を供給するための駆動回路とを備える。前記ローリング駆動ァクチユエータは、軸周りに回転可能に軸支されたシャフトと、前記シャフトに固定されたヨークと、前記シャフトの軸周りにおいて前記ヨークに隣接するように装着されると共に、その厚さ方向に着磁された少なくとも 1つの平板状永久磁石とを有する可動子と、前記可動子を囲むように前記シャフトの軸周りに卷回されたコイルと、磁性材料で形成され、前記ヨーク及び前記永久磁石の前記シャフトに軸に直交する方向の最外周部に対して所定の隙間を介して対向するように設けられた固定ヨークとを有する略筒状の固定子とを備え、前記コイルに交番電流を供給することにより、前記可動子を前記シャフトの軸を中心として所定角度範囲でローリング駆動させる。

[0010] このように、平板状永久磁石を可動子のシャフトに装着することにより、従来のように固定子側に永久磁石を設ける場合に比較して、永久磁石の体積が小さくなり、材料面で永久磁石のコストを低減することができる。また、平板状永久磁石の厚さ方向に着磁を行うことにより、永久磁石の製造工程を簡略化することができ、製造面での永久磁石のコストを低減することができる。さらに、永久磁石の外面とヨークの外面の極性が逆になるので、永久磁石による磁束をヨークに通しやすくすることができ、永久磁石による磁束を効率よく利用することができる。さらに、従来の機械的な駆動変換機構を利用したものと比較して、ローリング駆動ァクチユエータの組み立て性が向上すると共に、小型軽量ィ匕することができる。その結果、低コストで小型軽量のローリング駆動ァクチユエータ及びそれを用いた電動歯ブラシのコストを提供することができる。図面の簡単な説明

[0011] [図 1]図 1は、本発明の一実施形態に係るローリング駆動ァクチユエータの構成を示す側部断面図である。 [図 2]図 2は、図 1に示すローリング駆動ァクチユエータの後端部に設けられたシャフトの回転角度を規制するための構造を示す図である。

[図 3]図 3は、図 1に示すローリング駆動ァクチユエータの分解斜視図である。

[図 4]図 4は、上記ローリング駆動ァクチユエータの可動子を構成するシャフトにヨーク及びばね受け部材を組み付けた状態を示す斜視図である。

[図 5]図 5Aは、上記ローリング駆動ァクチユエータの可動子と固定子の対向部分の構成を示す側部断面図である。図 5Bは、上記可動子と固定子の対向部分の構成を示す背面図である。図 5Cは、上記可動子と固定子の対向部分の構成を示す正面図である。

[図 6]図 6は、上記ローリング駆動ァクチユエータの固定子を構成するボビンと固定ョーク構成を示す分解斜視図である。

[図 7]図 7Aは、上記ローリング駆動ァクチユエータのシールドケースと可動子の構成を示す分解斜視図である。図 7Bは、上記シールドケースの構成を示す正面断面図である。

[図 8]図 8A— 8Cは、それぞれ上記ローリング駆動ァクチユエータのばね部材の構成を示す正面図、側面図及び背面図である。

[図 9]図 9A及び 9Bは、それぞれ上記ローリング駆動ァクチユエータのばね受け部材の構成を示す側面図及び正面図である。

[図 10]図 10は、上記ばね受け部材にばね部材の一端を係合させる状態を示す側面図である。

[図 11]図 11A— 11Dは、それぞれ上記ローリング駆動ァクチユエ一タの吸振錘の構成を示す正面図、側面断面図、背面図及び斜視図である。

[図 12]図 12A及び 12Bは、それぞれ本発明の一実施形態に係るローリング駆動ァクチユエータの変形例の構成を示す側部断面図及び背部断面図である。

[図 13]図 13A及び 13Bは、それぞれ本発明の一実施形態に係るローリング駆動ァクチユエータの他の変形例の構成を示す側部断面図及び背部断面図である。

[図 14]図 14は、ローリング駆動ァクチユエータにおいて電圧を一定にした場合における交番電流の周波数と可動子の振幅の関係及びその場合における周波数と電流の関係を示すグラフである。

[図 15]図 15は、本発明の一実施形態に係るローリング駆動ァクチユエータを用いた電動歯ブラシの構成を示す断面図である。

[図 16]図 16は、従来の振動型リニアァクチユエータ（参考例）の構成を示す断面図でめる。

発明を実施するための最良の形態

[0012] 本発明の一実施形態に係るローリング駆動ァクチユエータ及びそれを用いた電動歯ブラシについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。

[0013] まず、電動歯ブラシのァクチユエータとして好適な本実施形態に係るローリング駆動ァクチユエータについて説明する。図 1は、本実施形態に係るローリング駆動ァクチユエータ 2の構成を示す側部断面図である。図 2は、ローリング駆動ァクチユエータ 2の分解斜視図である。図 3は、ローリング駆動ァクチユエータ 2の後端部に設けられたシャフトの回転角度を規制するための構造を示す図である。

[0014] 図 1及び図 2に示すように、シールドケース 12は略円筒状であり、その前後の開口部にそれぞれシール部材 41及び 42が嵌合固定されている。さらに、各シール部材 4 1及び 42には、それぞれシャフト 3を、矢印 Rで示すように、その軸周りに所定範囲で往復回転可能なように軸支する軸受け 24a及び 24bが設けられている。

[0015] 可動子 6は、シャフト 3と、シャフト 3に圧入固定されたヨーク 5と、ヨーク 5に固定された平板状の永久磁石 4などで構成されている。本実施形態では、シャフト 3は非磁性材料で形成されている。シャフト 3を非磁性材料で形成することにより、シャフト 3を通しての磁束漏れがなくなり、出力損失を低減させることができる。なお、非磁性材料は、一般的に高価である。また、安価な非磁性材料の強度は低い。そのため、シャフト 3 を通しての磁束漏れを多少許容できる場合は、シャフト 3の強度を高めるために磁性材料で形成してもよい。

[0016] 固定子 10は、ボビン 8と、ボビン 8に電線を卷回して構成されたコイル 7と、シャフト 3 の軸方向においてボビン 8の両側に配置された固定ヨーク 9などで構成されている。固定子 10は、略筒状に形成され、シールドケース 12の内周面に固定されている。可動子 6は、シャフト 3が軸受け 24a及び 24bに軸支されることにより、可動子 6のシャフト 3の軸に直交する方向の最外周部が、固定子 10の最内周部に対して所定の隙間を維持するように保持される。このように、固定子 10の内側に可動子 6を所定の隙間を介して回転可能に挿通することにより、ローリング駆動ァクチユエータ 2の磁気回路が構成される。

[0017] シャフト 3の軸方向において、ヨーク 5の両側には、非磁性材料で形成された環状のばね受け部材 26がそれぞれ装着されている。また、前側の軸受け 24aの後面及び後側の軸受け 24bの前面にも同様のばね受け部材 26が装着されている。さらに、可動子 6と後側の軸受け 24bの間には、略円筒状の吸振錘 17が、シャフト 3に対して比較的大きな遊びを持たせて嵌装されている。そして、コイルばね 13a及び 13bが、それぞればね受け部材 26と吸振錘 17の間に設けられ、またコイルばね 13cが可動子 6 と前側の軸受け 24aの各ばね各受け部材 26の間に設けられている。

[0018] ばね部材 13a、 13b及び 13cの構成を図 8A— 8Cに示す。また、ばね受け部材 26 の構成を図 9A及び 9Bに示す。さらに、各ばね部材 13a、 13b及び 13cとばね受け部材 26の結合構造を図 10に示す。図 8A— 8Cに示すように、各ばね部材 13a、 13b及び 13cは、それぞれ略同一形状であり、 2本の腕 131及び 132を有するねじりコイルばね 13で構成されている。図 9A及び 9Bに示すように、各ばね受け部材 26には、各ばね部材 13a、 13b及び 13cの腕 131又は 132を挟持し、ばね部材 13a、 13b及び 1 3cの回転を阻止するための係止部 28が形成されている。

[0019] さらに、吸振錘 17の構成を図 11A— 11Dに示す。図 11A— 11Cに示すように、吸振錘 17にも、ばね部材 13 a及び 13bの腕 131又は 132を係止して回転を阻止するための係止部 29及び 30が形成されている。このように、 3つのばね部材 13a、 13b及び 13cの各腕 131及び 132を、それぞればね受け部材 26及び吸振錘 17の各係止部 2 8、 29及び 30で回り止め固定することにより、可動子 6を矢印 Rで示すシャフト 3の軸周りに回転可能な状態で保持すると共に、可動子 6のシャフト 3の軸周りにおける回転動作に伴って各ばね部材 13a、 13b及び 13cに弾性力が蓄積される。その結果、可動子 6のシャフト 3の軸周りの回転可能な角度範囲が規制され、シャフト 3のローリング角度が決定される。

[0020] ところで、上記ばね部材 13a、 13b及び 13cのみで可動子 6の回転を規制する構造では、外部から可動子 6をシャフト 3の軸周りに許容範囲以上に回転させる力が加えられたときには可動子 6が許容範囲を越えて回転する可能性があり、ァクチユエータの駆動特性に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、外部から可動子 6に対してシャフト 3の軸周りに許容範囲以上の回転力が加えられたときに、可動子 6の回転を機械的に止めるために、図 3に示すようなシャフト 3の回転規制構造が設けられている。

[0021] シャフト 3の後端部 3aは、断面が略 D字状に形成されている。一方、後側のシール部材 42には、シャフト 3の後端部 3aが嵌合され、シャフト 3の軸周りの回転を規制するための略扇型の嵌合穴 14が形成されている。シャフト 3の後端部 3aが嵌合穴 14に嵌合されることにより、シャフト 1の軸周りの回転角度が一定の範囲に規制される。嵌合穴 14には山形状テーパ面 31が形成されており、可動子 6が振幅の中立位置にあるときは、シャフト 3の後端部 3aの略 D字状断面の平面部は山形状テーパ面 31の斜面に当接せず、可動子 6はシャフト 3の軸周りに往復回転可能である。可動子 6が、シャフト 3の軸周りの矢印 R1で示す方向に許容範囲を超えて回転すると、シャフト 3の後端部 3aの略 D字状断面の平面部は山形状テーパ面 31の斜面に当接し、それ以上の回転が規制される。矢印 R2で示す逆方向に回転する場合も同様である。これにより、可動子 6のローリング角度以上の回転が機械的に規制されることとなり、外的付加荷重や衝撃荷重等に対してローリング駆動ァクチユエータ 2の信頼性を確保することができる。

[0022] なお、シャフト 3の後端部 3aは、シャフト 3にヨーク 5を圧入固定する際の基準面としても使用すること力 ^sできる。具体的には、ヨーク 5のコ字状溝 25の平坦な底面 25a (図 4参照）とシャフト 3の後端部 3aの略 D字状断面の平面部とが略平行となるようにョーク 5を圧入させることで、シャフト 3に対するヨーク 5の正規の組み付け角度を容易に決定すること力 Sできる。

[0023] ヨーク 5をシャフト 3に圧入固定した状態を図 4に示す。また、可動子 6と固定子 10 の対向する部分、すなわち駆動力を発生させるための主要部分の構成を図 5A 図 5Cに示す。各図からわかるように、ヨーク 5は、鉄などの磁性材料により略筒状に形成されており、その外周面に少なくとも 1つ（図では 4つ）の溝 25が形成されている。溝 25は、シャフト 3の軸方向に沿って形成され、底面が平面となるように、断面が略コの字状（チャンネル状）に形成されている。そして、溝 25の深さと永久磁石 4の板厚及び溝 25の幅と永久磁石 4の幅が、それぞれほぼ等しくなるように設定されているので、図 5A—図 5Cに示すように、溝 25にそれぞれ平板状の永久磁石 4がほぼ隙間なく嵌装される。その結果、平板状の永久磁石 4の外面 4aとヨーク 5の円弧状の外面 5aと力 S周方向に隣接配置された状態となる。

[0024] 永久磁石 4は、シャフト 3の軸方向に直交する方向の外面 4aの極性と内面 4bの極性がそれぞれ異なるように、それぞれ厚さ方向に着磁されている。また、各永久磁石 4は、ヨーク 5に対して同じ向きに、例えば、 4つの永久磁石 4の外面 4aのすべてが N 極となるように取り付けられている。永久磁石 4をこのようにヨーク 5に取り付けることにより、 P 接する 2つの永久磁石 4の間に配置されたヨーク 5の円弧状外面 5aはすべて S極になる。逆の場合も同様である。

[0025] 図 5A 5Cは、それぞれコイル 7に電流を供給していない初期状態を示している。

コイル 7に電流を供給していないときは、永久磁石 4が固定ヨーク 9に及ぼす磁力とばね部材 13のばね力とが釣り合う位置で可動子 6が停止している。そして、固定ヨーク 9に設けられた各磁極子 11a及び l ibが、それぞれ永久磁石 4と対向するように位置している。コイル 7に一方向の電流を供給すると、一方の固定ヨーク 9の磁極子 11aが N極になり、他方の固定ヨーク 9の磁極子 l ibが S極になる。そのため、図 3に示すように、可動子 6は、軸周りの一方向、例えば矢印 R1で示す方向に回動する。コイル 7 に逆方向の電流を供給すると、一方の固定ヨーク 9の磁極子 11aが S極になり、他方の固定ヨーク 9の磁極子 l ibが N極になる。そのため、可動子 6は、軸周りの他方向、例えば矢印 R2で示す方向に回動する。従って、コイル 7に交番電流を供給することにより、可動子 6を矢印 Rで示すシャフト 3の軸周りに所定角度範囲でローリング駆動させること力できる。

[0026] このように、シャフト 3の軸周りに所定角度範囲でローリング駆動を行う可動子 6と、可動子 6を軸周りに支持するばね部材 13とで、ローリング駆動の振動系が構成されている。ばね部材 13は、可動子 6の軸周りのローリング駆動に伴って卷き締まり方向及び緩み方向にひねられる。その結果、可動子 6のシャフト 3の軸周りに回転を妨げる方向に付勢力を与える。このばね部材 13のばね定数と可動子 6の質量とで決定される共振周波数付近の電流をコイル 7に供給することにより、可動子 6の振動量 (振幅量）を大きくすることができる。

[0027] また、図 4に示すように、ばね受け部材 26の片面には、複数の突起 27が設けられており、突起 27をヨーク 5の溝 25の長手方向の端部に挿入させることにより、ばね受け部材 26がヨーク 5に対して回転不能に固定される。

[0028] 図 5B及び図 5Cに示すように、各固定ヨーク 9の内周部には、可動子 6の極（永久磁石 4の外面 4a及びヨーク 5の外面 5a)に対向するように、所定数以下（図では、 4箇所）の磁極子 11が設けられている。図 6に示すように、固定ヨーク 9の隣接する磁極子 11の間には、それぞれ切り欠き 117が形成されている。このように、磁極子 11の間に切り欠き 117を設けることにより、シャフト 3を鉄などの磁性材料で形成した場合において、シャフト 3への磁束漏れを少なくすることができ、永久磁石 4による磁束を固定ヨーク 9側で有効に使用することができる。なお、磁極子 11の数は少なくとも 1個以上であればよいが、出力を高めるためには、磁極子 11の数を永久磁石 4の数 (4個）と同数まで増やすことができる。

[0029] 図 5Aに示すように、シャフト 3の軸方向において、固定ヨーク 9をボビン 8の軸方向の両側に設ける場合、図 5B及び図 5Cに示すように、一方の固定ヨーク 9の磁極子 1 laの位置と、他方の固定ヨーク 9の磁極子 l ibの位置と力可動子 6のシャフト 3の軸周りにおいて一致しないように、各固定ヨーク 9を配置している。また、コイル 7に電流を供給していない可動子 6の初期位置では、一方の固定ヨーク 9の磁極子 11aが、永久磁石 4のシャフト 3の軸周りにおける一端部とヨーク 5との一方の接点 15aに対向するように位置し、他方の固定ヨーク 9の磁極子 l ibが、同じ永久磁石 4の他端部とョーク 5との他方の接点 15bに対向するように位置するように設定されている。これにより、同一の永久磁石 4に対する一方の固定ヨーク 9の磁極子 11aとの隙間と、他方の固定ヨーク 9の磁極子 l ibとの隙間が略同じになり、可動子 6のローリング駆動が効率良く行われる。

[0030] コイル 7に一方向の電流を供給すると、永久磁石 4は、一方の固定ヨーク 9の磁極子 11aからは磁気反発力を受け、同時に他方の磁極子 l ibからは磁気吸引カを受ける。そのため、可動子 6は、シャフト 3の軸周りの一方向（例えば矢印 R1で示す方向）に大きな力で回転駆動される。コイル 7に逆方向の電流を供給すると、永久磁石 4は、一方の固定ヨーク 9の磁極子 11aからは磁気吸引力を受け、同時に他方の磁極子 l ibからは磁気反発力を受けるので、シャフト 3の軸周りの他の方向（例えば矢印 R2で示す方向）に大きな力で回転駆動される。そのため、コイル 7に交番電流を供給することにより、可動子 6をシャフト 3の軸周りにローリング駆動させることができる。

[0031] また、極性の異なる永久磁石 4の外面 4aとヨーク 5の外面 5aとが可動子 6の周方向に隣接配置されているため、磁極子 11a及び l ibとヨーク 5の外面 5aとの間でも可動子 6を回転させる駆動力が発生される。さらに、永久磁石 4の外面 4aは平坦であるため、磁極子 11との対向面積を大きく確保することができる。一方、ヨーク 5の外面 5a は円弧状であるため、磁極子 11との対向面積を大きく確保しつつ、磁極子 11との隙間を小さくすることができる。そのため、可動子 6をシャフト 3の軸周りに回転駆動させる駆動力をさらに大きくすることができ、可動子 6は回転初期における駆動力が大きくなるので、ローリング駆動をスムーズに開始させることが可能となる。

[0032] 図 6に示すように、シャフト 3の軸方向におけるボビン 8の両端面には、固定ヨーク 9 をボビン 8に対して軸周りに位置決めするための固定ヨーク位置決め部 16がそれぞれ設けられている。図 6に示す例では、ボビン 8の端面に、所定間隔で 4箇所の略円弧状をした凸リブ状の固定ヨーク位置決め部 16が突設されている。一方、固定ヨーク 9には、前述のように、隣接する磁極子 11の間に切り欠き 117が形成されている。固定ヨーク位置決め部 16が、それぞれ固定ヨーク 9の切り欠き 117に嵌合されるように、 2つの固定ヨーク 9をシャフト 3の軸方向に沿ってボビン 8の両端面に取り付けることにより、シャフト 3の軸回り方向における 2つの固定ヨーク 9の相対的な位置が固定される。

[0033] さらに、図 7Aに示すように、略円筒状のシールドケース 12には、例えばプレス加工により内周面側に突出された回転規制部 20aが形成されている。これに応じて、ボビン 8及び固定ヨーク 9の外周部には、回転規制部 20aと係合される係合凹部 19が形成されている。係合凹部 19と回転規制部 20aとを係合させるように、固定子 10をシールドケース 12の内周面に嵌合させることにより、シャフト 3の軸周りにおける固定ョーク 9のシールドケース 12に対する回転も規制される。シールドケース 12には、同様に例えばプレス加工により内周面側に突出された複数のストッパ 20bが形成されている。例えば図 7Aにおいて、シールドケース 12の右側の開口部から、固定子 10をシールドケース 12の内周面に嵌合させていくと、左側の固定ヨーク 9がストッパ 20bに当接し、その位置で、シャフト 3の軸方向の移動が規制される。このような構造により、シ一ルドケース 12への固定子 10の固定が容易になる。なお、固定ヨーク 9の外周部に係合凸部を形成し、シールドケース 12の内周面側に設けられた回転規制部 20aとして、プレス加工により打ち抜かれた凹溝を形成しても同様の効果が得られる。

[0034] ローリング駆動の振動系には、前述のように吸振錘 17が設けられている。吸振錘 1 7は、略筒状をしており、可動子 6と軸受け部 24bとの間に配置され、ばね部材 13a及び 13bにより、シャフト 3の軸方向に保持されている。吸振錘 17の重心位置 Mは可動子 6の回転軸 Dと同軸上に配置されているので、可動子 6がシャフト 3の軸周りに回転されるときに、可動子 6と吸振錘 17とがシャフト 3の軸周りにそれぞれ逆位相で回転駆動される。

[0035] 本実施形態では、固定子 10とシールドケース 12を固定部とし、可動子 6の質量と吸振錘 17の質量の 2質点系振動モデルとして取り扱うことができる。この場合、可動子 6と吸振錘 17とが同位相で駆動する第 1次 (低次側）の振動モードと、可動子 6と吸振錘 17とが逆位相で駆動する第 2次（高次側）の振動モードとがある。この第 2次の固有振動数付近の周波数を有する交番電流をコイル 7に供給することにより可動子 6 にシャフト 3の軸周りのローリング駆動を行わせた場合、逆位相の駆動を行う吸振錘 1 7が可動子 6の慣性力を打ち消す。それにより、シールドケース 12側に伝わる振動を減少させることができる。

[0036] また、可動子 6の回転時に吸振錘 17の慣性モーメントが可動子 6の慣性モーメントよりも大きくなるように設定されてレ、る。本実施形態では、吸振錘 17の重量を調節することにより、吸振錘 17の慣性モーメントが可動子 6の慣性モーメントよりも大きくなるようにしている。吸振錘 17の慣性モーメントを大きくすることで可動子 6の回転のァシスト力が増大し、ローリング駆動ァクチユエータ 2の出力をさらに大きくすることができる。さらに、吸振錘 17が可動子 6とはシャフト 3の軸周りに逆位相で回転するので、可動子 6の回転をアシストして出力をより大きくする働きをする。さらに、吸振錘 17と可動子 6との間に、シャフト 3の軸方向と直交する方向に隙間 18が設けられている。この隙間 18はエアーギャップであり、吸振錘 17を抵抗なくスムーズな動作でシャフト 3の軸周りに回転駆動させる働きをする。なお、ベアリング等を介在させてもよいが、コストを低く抑えるためには隙間 18の方が好ましい。

[0037] 以上のように、ローリング駆動ァクチユエータ 2を構成するにあたり、平板状の永久磁石 4を使用し、この永久磁石 4を固定子 10側ではなく可動子 6側に設けているので、従来のように筒状の永久磁石をシールドケース 12の内面に配設した場合と比較して、永久磁石 4の体積が非常に小さくなる。その結果、永久磁石 4の小型化に伴い、材料面での永久磁石 4の重量を低減させ、かつ、コストを低減させることができる。また、永久磁石 4は、厚さ方向に着磁された大きな板状の永久磁石を所定の大きさに切断するだけでよぐ永久磁石の製造が容易になり、製造面でのコストを低減させること力 Sできる。さらに、厚さ方向に着磁された平板状永久磁石 4をヨーク 5のコ字状溝 25の平坦な底面 25aに嵌め込むだけでよく組み立て作業性が改善される。その結果、ローリング駆動ァクチユエータ 2のコストを低減することができる。さらに、永久磁石 4 の外面 4aとヨーク 5の外面 5aの極性がそれぞれ交互に反転するため、永久磁石 4による磁束をヨーク 5に通しやすくすることができ、永久磁石 4の磁束を効率よく利用すること力 Sできる。そのため、従来のように機械的な駆動変換機構を利用したものと比較して、ローリング駆動ァクチユエータ 2の駆動効率を向上させることができる。

[0038] 次に、本実施形態に係るローリング駆動ァクチユエータの変形例について説明する。上記説明では、 2つの固定ヨーク 9を。それぞれシャフト 3の軸方向におけるボビン 8 の両側に設けたが、図 12A及び 12B又は図 13A及び 13Bに示すように、シャフト 3の軸方向におけるボビン 8の片側のみに設けてもよい。

[0039] 図 12A及び 12Bに示す変形例では、コイル 7に電流を供給していない初期状態において、固定ヨーク 9の磁極子 11が平板状永久磁石 4の外面 4aに対向するように位置している。また、図 13A及び 13Bに示す変形例では、コイル 7に電流を供給していない初期状態において、固定ヨーク 9の磁極子 11が平板状永久磁石 4とヨーク 5との境界付近 15に対向するように位置している。いずれの場合においても、可動子 6の動作は上記説明と同様である。 [0040] 図 12A及び 12Bに示す変形例では、ヨーク 5をシャフト 3に圧入固定する際に、シャフト 3の略 D字状断面を有する後端部 3aの平面部とヨーク 5のコ字状溝 25の平坦な底面 25aとが略平行となるようにヨーク 5を圧入させることにより、シャフト 3に対するョーク 5の正規の組み付け角度を容易に決定することができるという利点を有する。一方、図 13A及び 13Bに示す変形例では、図 5A 5Cで説明した場合と同様、固定ョーク 9の磁極子 11の位置を平板状永久磁石 4からずらせることにより、可動子 6の初期の駆動力を大きくすることができ、スムーズなローリング駆動を開始させることができるという利点を有する。

[0041] 本実施形態に力かるローリング駆動ァクチユエータ 2では、シャフト 3の軸周りに回転駆動される可動子 6と、可動子 6をシャフト 3の軸周りに支持するばね部材 13a、 13 b及び 13cとでローリング駆動の振動系を構成している。このようなローリング駆動ァクチユエータ 2において、コイル 7に供給される交番電流の電圧を一定にした場合における周波数と可動子 6の振幅の関係、及び、その場合における周波数と電流の関係について、図 14に示すグラフを参照しつつ説明する。

[0042] 図 14において、曲線 A及び Bは、それぞれ電圧を一定にした場合における周波数と可動子 6の振幅の関係を示し、曲線 C及び Dは、それぞれ周波数と電流の関係を示す。図 14中、♦印は無負荷時における振幅を、 ·印は負荷時における振幅を、 O 印は無負荷時における電流値を、〇印は負荷時における電流値をそれぞれ示す。

[0043] 前述のように、ばね部材 13a、 13b及び 13cのばね定数及び可動子 6の質量などで決定される共振周波数（図 14において点 Pで示す)付近の周波数を有する交番電流をコイル 7に供給することにより、可動子 6の振動量 (振幅量)を大きくすることができる。例えば、周波数が 250Hz付近では、可動子 6の振幅は最大値 1. 1mmを示す。周波数が 230Hz以上、 250Hz以下の範囲 S及び 250Hz以上、 280Hz以下の範囲 T では、それぞれ振幅が 0. 5mm以上の値を示す。

[0044] このような範囲内にコイル 7に流れる交番電流の周波数が設定されると、ばね部材 1 3a、 13b及び 13cを利用して可動子 6の振動量 (振幅量)を大きくすることができる。ここで、共振周波数付近で、かつ、共振周波数よりも高い周波数の範囲及び共振周波数よりも低い周波数の範囲で同様の振幅が得られるが、共振周波数よりも低い周波数に設定して可動子 6をローリング駆動させる場合 (範囲 S内で周波数を設定した場合）は、小さい電流で、目的とする振幅でローリング駆動させることができる。特に、口一リング駆動ァクチユエータ 2の電源が電池の場合、電池の長寿命化を図ることができる。一方、共振周波数よりも高い周波数に設定した場合 (範囲 T内で周波数を設定した場合）は、電流が大きくなるものの、目的とする振幅でローリング駆動させることができ、大きな出力を得ることができる。

[0045] 上記ローリング駆動ァクチユエータは、種々の駆動源として用いることができる。一例として、上記ローリング駆動ァクチユエータを備えた電動歯ブラシの構成を図 15に示す。

[0046] 電動歯ブラシ 1は、略筒状の細長いハウジング 22と、ハウジング 22内の長手方向の前側に設けられた上記図 1に示すローリング駆動ァクチユエータ 2と、ハウジング 22 内の長手方向の後側に設けられた電池（2次電池） 21と、制御回路部 32と、ハウジング 22の外周面部に設けられたスィッチ 33などを備えている。ローリング駆動ァクチュエータ 2のシャフト 3の一端部は、ハウジング 22の前側端面から外部に突出されている。

[0047] 図 15に示す例では、ブラシ体 24は、その先端のブラシ部 23がブラシ体 24の長手方向に対して略直交する方向に植毛されているタイプであるので、シャフト 3の一端部にブラシ体 24の柄部 24aの後端部が着脱可能に、かつ、シャフト 3に対してその軸の周りには回動しないように装着する。図 1及び図 2に示すように、シャフト 3の先端部近傍は、断面が略 D字状となるように形成されているので、ブラシ体 24の柄部 24aに、シャフト 3の先端部に嵌合される略 D字状断面を有する嵌合穴を形成することにより、ブラシ体 24がシャフト 3の軸の周りに回転しないように規制することができる。その結果、ブラシ体 24のブラシ部 23の突出方向と、ハウジング 22に設けられたスィッチ 33 との位置関係を一定にすることができるので、電動歯ブラシとしての操作性は損なわれない。

[0048] このように構成された電動歯ブラシ 1のスィッチ 33を操作して、ローリング駆動ァクチユエータ 2のコイル 7に電流を供給することにより、シャフト 3をその軸周りにローリング駆動させることができる。それにより、シャフト 3に取り付けられたブラシ体 24が軸周りにローリング駆動されるので、これによりブラシ部 23をローリング駆動させて歯磨きを行うこと力 Sできる。

[0049] 前述のように、本実施形態に係るローリング駆動ァクチユエータ 2によれば、永久磁石 4を平板状にして可動子 6のヨーク 5に形成された溝 25に嵌め込むように構成されているので、永久磁石 4の体積が小さくなり、かつ、永久磁石 4の製造工程や可動子 6の組み立て工程が簡略化される。その結果、ローリング駆動ァクチユエータ及びそれを用いた電動歯ブラシのコストも低減することができる。

[0050] また、本発明に係るローリング駆動ァクチユエータ 2は、電動歯ブラシ 1の駆動源として利用される場合に限らず、電気かみそりやその他の機器の駆動源として、広い範囲に適用可能である。

[0051] 本願は日本国特許出願 2003—139572に基づいており、その内容は、上記特許出願の明細書及び図面を参照することによって結果的に本願発明に合体されるべきものである。

[0052] また、本願発明は、添付した図面を参照した実施の形態により十分に記載されているけれども、さまざまな変更や変形が可能であることは、この分野の通常の知識を有するものにとって明らかであろう。それゆえ、そのような変更及び変形は、本願発明の範囲を逸脱するものではなぐ本願発明の範囲に含まれると解釈されるべきである。産業上の利用分野

[0053] 以上説明したように、本発明のローリング駆動ァクチユエータにおいては、平板状永久磁石を可動子のヨークに形成された溝に装着するように構成されているので、従来のように筒状の永久磁石をシールドケースの内面に配設した場合と比較して、永久磁石の体積が小さくなり、材料面での永久磁石のコストを低減させることができる。また、厚さ方向に着磁された平板状永久磁石を、ヨークの溝に嵌め込むように装着しているので、永久磁石の製造工程及び可動子の組み立て工程が簡単になり、永久磁石の製造コスト及び可動子の組み立てコストを手尾現させることができる。さらに、平板状永久磁石の外面とヨークの外面の極性が互いに逆になり、永久磁石による磁束をヨークに通しやすくすることができ、永久磁石による磁束を効率よく利用することができる。その結果、小型軽量化が可能で、かつ、組み立てが容易なローリング駆動：ータを低コストで提供することができる。

さらに、本発明の電動歯ブラシによれば、上記のように小型軽量化が可能で、かつ、組み立てが容易な低コストのローリング駆動ァクチユエータを用いているので、電動歯ブラシの小型軽量化、組み立て性の向上及びコストの低減をはかることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 軸周りに回転可能に軸支されたシャフトと、前記シャフトに固定されたヨークと、前記シャフトの軸周りにおいて前記ヨークに隣接するように装着されると共に、その厚さ方向に着磁された少なくとも 1つの平板状永久磁石とを有する可動子と、

前記可動子を囲むように前記シャフトの軸周りに卷回されたコイルと、磁性材料で形成され、前記ヨーク及び前記永久磁石の前記シャフトに軸に直交する方向の最外周部に対して所定の隙間を介して対向するように設けられた固定ヨークとを有する略筒状の固定子とを備え、

前記コイルに交番電流を供給することにより、前記可動子を前記シャフトの軸を中心として所定角度範囲でローリング駆動させることを特徴とするローリング駆動ァクチユエータ。

[2] 前記平板状永久磁石は、前記シャフトの軸周りにおいて 2箇所以上に設けられており、各平板状永久磁石の外面の極性が同じになるように装着されていることを特徴とする請求項 1に記載のローリング駆動ァクチユエータ。

[3] 前記ヨークは、前記シャフトに圧入固定された略筒状体であり、その外周面に、前記平板状永久磁石が嵌装され、前記シャフトの軸方向に平行な、少なくとも 1つの溝を有することを特徴とする請求項 1に記載のローリング駆動ァクチユエータ。

[4] 前記可動子の回転角度を許容範囲内に規制するためのばね部材を備えたことを特徴とする請求項 1に記載のローリング駆動ァクチユエータ。

[5] 外部から、前記可動子を前記シャフトの軸周りに許容範囲以上に回転させる力が加えられたときに、前記可動子の回転を機械的に止めるための回転規制構造とを備えていることを特徴とする請求項 4に記載のローリング駆動ァクチユエータ。

[6] 前記固定ヨークは、前記シャフトの軸方向において、前記コイルが卷回されているボビンの両側に設けられていると共に、前記シャフトの軸周りにおいて、一方の固定ヨークの磁極子の位置と他方の固定ヨークの磁極子の位置とが不一致であることを特徴とする請求項 1に記載のローリング駆動ァクチユエータ。

[7] 前記コイルに電流を供給していない初期状態において、前記固定子の少なくとも一方の固定ヨークに設けた磁極子が、前記可動子の前記平板状永久磁石と前記ヨークとの接点に対向するように位置していることを特徴とする請求項 6に記載のローリング駆動ァクチユエータ。

[8] 前記ボビンの前記シャフトの軸方向の端面に、前記固定ヨークを前記ボビンに対して、前記シャフトの軸周りに位置決めするための固定ヨーク位置決め部を設けたことを特徴とする請求項 6に記載のローリング駆動ァクチユエータ。

[9] 前記可動子を前記シャフトの軸周りに回転可能に支持するばね部材と、前記ばね部材により前記シャフトの軸方向及び軸回り方向に支持された吸振錘とをさらに備え前記可動子と前記ばね部材でローリング駆動の振動系を構成し、

前記吸振錘の重心位置を前記シャフトの軸上に配置し、

前記可動子が前記シャフトの軸周りに回転駆動されるときに、前記吸振錘が前記シャフトの軸周りに逆位相で回転駆動されるように構成されていることを特徴とする請求項 1に記載のローリング駆動ァクチユエータ。

[10] 前記吸振錘と前記可動子との間に、前記シャフトの軸に直交する方向の隙間を設けたことを特徴とする請求項 9に記載のローリング駆動ァクチユエータ。

[11] 前記可動子が回転駆動される際に、前記吸振錘の慣性モーメントが前記可動子の慣性モーメントよりも大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項 9に記載のローリング駆動ァクチユエータ。

[12] 前記可動子を前記シャフトの軸周りに回転可能に支持するばね部材をさらに備え、前記可動子と前記ばね部材でローリング駆動の振動系を構成し、

前記コイルに、前記振動系の共振周波数に等しいか又は近い周波数の交番電流を供給して前記可動子をローリング駆動させることを特徴とする請求項 1に記載の口一リング駆動ァクチユエータ。

[13] 前記可動子を前記シャフトの軸周りに回転可能に支持するばね部材をさらに備え、前記可動子と前記ばね部材でローリング駆動の振動系を構成し、

前記コイルに、前記振動系の共振周波数に近ぐかつ、それよりも低い周波数の交番電流を供給して前記可動子をローリング駆動させることを特徴とする請求項 1に記載のローリング駆動ァクチユエータ。

[14] 前記可動子を前記シャフトの軸周りに回転可能に支持するばね部材をさらに備え、前記可動子と前記ばね部材でローリング駆動の振動系を構成し、

前記コイルに、前記振動系の共振周波数に近ぐかつ、それよりも高い周波数の交番電流を供給して前記可動子をローリング駆動させることを特徴とする請求項 1に記載のローリング駆動ァクチユエータ。

[15] その内周面に前記固定子が固定される略円筒形のシールドケースをさらに備え、前記固定ヨークの前記シャフトの軸に平行な外周部に凸又は凹形状の嵌合部を設け、

前記シールドケースの内周面に、前記固定ヨークの嵌合部と嵌合し、前記シャフトの軸周りにおける前記固定ヨークの回転を規制するための凹又は凸形状の回転規制部を設けたことを特徴とする請求項 1に記載のローリング駆動ァクチユエータ。

[16] 先端にブラシが植設されたブラシ体と、前記ブラシ体を所定方向にローリング駆動するローリング駆動ァクチユエータと、前記ローリング駆動ァクチユエータに電力を供給するための電源と、前記ローリング駆動ァクチユエータに駆動電流を供給するための駆動回路とを備えた電動歯ブラシにおいて、

前記ローリング駆動ァクチユエータは、

軸周りに回転可能に軸支されたシャフトと、前記シャフトに固定されたヨークと、前記シャフトの軸周りにおいて前記ヨークに隣接するように装着されると共に、その厚さ方向に着磁された少なくとも 1つの平板状永久磁石とを有する可動子と、

前記コイルに交番電流を供給することにより、前記可動子を前記シャフトの軸を中心として所定角度範囲でローリング駆動させることを特徴とする電動歯ブラシ。