WO2004102777A1 - 往復直線駆動及びローリング駆動が可能なアクチュエータ及びそれを用いた電動歯ブラシ - Google Patents

Abstract

　共通する１本のシャフトに往復直線駆動部とローリング駆動部とをその軸方向に隣接して設け、１本のシャフトで軸方向の往復直線運動と軸周りのローリング駆動を同時に行う。往復直線駆動部及びローリング駆動部を構成する各永久磁石を、それぞれ固定子側ではなく可動子側、すなわちシャフトの軸周りに設け、各永久磁石をそれぞれ小型軽量化することができる。それに伴い、アクチュエータ及びそれを用いた電動歯ブラシの小型軽量化及び低コスト化を可能とする。

Description

明 細 書

往復直線駆動及びローリング駆動が可能なァクチユエータ及びそれを用 いた電動歯ブラシ

技術分野

[0001] 本発明は、駆動軸をその軸方向に往復直線駆動可能であると共に、その軸周りに 所定の範囲で往復回転駆動（ローリング駆動）可能なァクチユエータ及びそれを用い 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 9一 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。また、単一のァクチユエータであるモータの回転方向を切り換えて 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を選択的に行つているた め、シャフトをその軸方向に往復直線駆動を行いながら、同時に軸周りにローリング 駆動させることは不可能であった。

[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 15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、コィノレ 154の軸方向 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 156が それぞれ配置されている。これら永久磁石 155及び 156とコィノレ 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 156のコ ィル 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、コイル 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 ができる。

[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り、選択的に又は同時に、シャフトを 往復直線駆動及びローリング駆動可能な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] 本発明の一態様に係る往復直線駆動及びローリング駆動可能なァクチユエータは 、シャフトの軸方向に沿って隣接するように配置された往復直線駆動部及びローリン グ駆動部を備える。前記シャフトは、その軸方向に往復直線駆動可能に軸支されると ともに、その軸周りに所定範囲内で往復回転可能に軸支されてレ、る。

往復直線駆動部は、前記シャフト及び前記シャフトの軸方向の両端面部の極性が 異なるように着磁され、かつ前記シャフトに嵌合固定された第 1永久磁石とを有する 第 1可動子と、前記第 1永久磁石の前記シャフトの軸方向に平行な端面に対して所 定の隙間を介して対向するように設けられ、電流が供給されることにより磁界を発生さ せる第 1コイルを有する第 1固定子とを備える。

前記ローリング駆動部は、前記シャフトと、前記シャフトに固定された第 2ヨークと、 前記シャフトの軸周りにおいて前記第 2ヨークに隣接するように装着された少なくとも 1 つの第 2永久磁石とを有する第 2可動子と、前記第 2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第 2コイルと、磁性材料で形成され、前記ヨーク及び前記第 2 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第 2固定ヨークとを有する略筒状の第 2固定子とを備える そして、前記第 1コイル及び/又は前記第 2コイルに交番電流を供給することにより 、前記第 1可動子を前記シャフトの軸方向に往復直線駆動させ及び/又は前記第 2 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] このような構成によれば、共通する 1本のシャフトに往復直線駆動部とローリング駆 動部とをその軸方向に隣接して設けているので、 1本のシャフトで軸方向の往復直線 運動と軸周りのローリング駆動を同時に行うことができる。また、往復直線駆動部及び ローリング駆動部を構成する各永久磁石を、それぞれ固定子側ではなく可動子側、 すなわちシャフトの軸周りに設けているので、従来のように大径の永久磁石を固定子 側に設けた場合と比較して、各永久磁石をそれぞれ小型軽量化することができる。そ れに伴い、ァクチユエータの一層の小型軽量化及び低コストィ匕することができる。

[0010] 一方、本発明の一態様に係る往復直線駆動及びローリング駆動可能なァクチユエ ータを用いた電動歯ブラシは、先端にブラシが植設されたブラシ体と、前記ブラシ体 を所定方向に往復直線運動及びローリング駆動可能なァクチユエータと、前記ァクチ ユエータに電力を供給するための電源と、前記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、ユーザによる操作に応じて前記ァクチユエータの駆動モードを 切り換えるスィッチを備える。

前記駆動ァクチユエータは、シャフトの軸方向に沿って隣接するように配置された 往復直線駆動部及びローリング駆動部を備える。前記シャフトは、その軸方向に往復 直線駆動可能に軸支されるとともに、その軸周りに所定範囲内で往復回転可能に軸 支されている。

往復直線駆動部は、前記シャフト及び前記シャフトの軸方向の両端面部の極性が 異なるように着磁され、かつ前記シャフトに嵌合固定された第 1永久磁石とを有する 第 1可動子と、前記第 1永久磁石の前記シャフトの軸方向に平行な端面に対して所 定の隙間を介して対向するように設けられ、電流が供給されることにより磁界を発生さ せる第 1コイルを有する第 1固定子とを備える。

前記ローリング駆動部は、前記シャフトと、前記シャフトに固定された第 2ヨークと、 前記シャフトの軸周りにおいて前記第 2ヨークに隣接するように装着された少なくとも 1 つの第 2永久磁石とを有する第 2可動子と、前記第 2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第 2コイルと、磁性材料で形成され、前記ヨーク及び前記第 2 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第 2固定ヨークとを有する略筒状の第 2固定子とを備える 前記スィッチは、ユーザによる操作に応じて、前記第 1可動子のみを前記シャフトの 軸方向に往復直線駆動させるモードと、前記第 2可動子のみ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モードと、前記第 1可動子を前記シャ フトの軸方向に往復直線駆動させると同時に前記第 2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モードに切り換える。

このような構成によれば、シャフトの先端に装着されたブラシ体を、ユーザの選択に より、シャフトの軸方向に往復直線駆動するモード、軸周りにローリング駆動するモー ド及びシャフトの軸方向に往復直線駆動すると同時に軸周りにローリング駆動するモ ードのいずれかで駆動することができる。さらに、上記のようにァクチユエータ自体が 小型軽量化及び低コスト化可能であるので、それを用いた電動歯ブラシも小型軽量 化及び低コストィヒすることが可能となる。

図面の簡単な説明

[図 1]図 1は、本発明の一実施形態に係る往復直線駆動及びローリング駆動可能な ァクチユエータの構成を示す側部断面図である。

[図 2]図 2Aは、図 1に示すァクチユエータの外観構成を示す斜視図である。図 2Bは、 シールドケースを外した状態における内部構成を示す斜視図である。

[図 3]図 3は、図 1に示すァクチユエータの分解斜視図である。

[図 4]図 4は、図 1に示す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 5]図 5Aは、上記実施形態における第 1可動子を構成する第 1永久磁石及び第 1 ヨークをシャフトに嵌合固定する構造の変形例を示す斜視図である。図 5Bは、上記 第 1ヨークの形状を示す正面図である。

[図 6]図 6は、上記変形例におけるばね受け部材と上記第 1ヨークとの結合状態を示 す斜視図である。

[図 7]図 7は、上記ァクチユエ一タの第 2可動子を構成するシャフトに第 2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 8]図 8Aは、上記ァクチユエ一タの第 2可動子と第 2固定子の対向部分の構成を 示す側部断面図である。図 8Bは、上記第 2可動子と第 2固定子の対向部分の構成を 示す背面図である。図 8Cは、上記第 2可動子と第 2固定子の対向部分の構成を示 す正面図である。

[図 9]図 9は、上記ァクチユエ一タの第 2固定子を構成する第 2ボビンと第 2固定ヨーク 構成を示す分解斜視図である。

[図 10]図 10Aは、上記ァクチユエータのシールドケースと第 2固定子の構成を示す分 解斜視図である。図 10B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 11]図 11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 12]図 12A— 12Dは、それぞれ上記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 13]図 13は、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 周波数と各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 14]図 14は、本発明の一実施形態に係る往復直線駆動及びローリング駆動可能 な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 15]図 15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

[0013] 本発明の一実施形態に係る往復直線駆動及びローリング駆動可能なァクチユエ一 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。

[0014] 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往復直線駆動 及びローリング駆動可能なァクチユエータについて説明する。図 1は、本実施形態に 係る往復直線駆動及びローリング駆動可能なァクチユエータ 2の構成を示す側部断 面図である。図 2Aは、ァクチユエータ 2の外観構成を示す斜視図であり、図 2Bは、シ 一ルドケース 12を外した内部構成を示す斜視図である。図 3は、ァクチユエータ 2の 分解斜視図である。図 4は、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。

[0015] ァクチユエータ 2は、シャフト 3をその軸方向に往復直線駆動させる往復直線駆動 部 2Aと、シャフト 3をその軸周りに所定範囲で往復回転駆動（ローリング駆動）させる ローリング駆動部 2Bとを備えてレ、る。

[0016] 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 7 1及び 72が嵌合固定されている。さらに、各シール部材 71及び 72には、それぞれシ ャフト 3を矢印 Lで示すように、その軸方向に往復直線移動可能に軸支すると共に、 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。そして、シールドケース 12内には、シャフト 3をそ の軸方向に往復直線駆動させるための往復直線駆動部 2Aと、シャフト 3の軸周りに ローリング駆動させるためのローリング駆動部 2Bが内装されている。

[0017] まず、シャフト 3を矢印 Lで示す軸方向に往復直線駆動させるための往復直線駆動 部 2Aについて説明する。この往復直線駆動部 2Aは、第 1可動子 36と筒状をした第 1固定子 40とを備える。

[0018] 第 1固定子 40は略円筒状であり、シールドケース 12の内周面に配置されている。

第 1固定子 40は、第 1ボビン 38に電線を卷回して形成された第 1コイル 37と、第 1ボ ビン 38の両側に設けられた環状の第 1固定ヨーク 39で構成されている。

[0019] 第 1可動子 36は、シャフト 3、第 1永久磁石 34、第 1ヨーク 35、スぺーサ 41及び鉄 芯 42などで構成されている。一般的に、シャフト 3を非磁性体とすることにより、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。しかしながら 、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の強度を維持しつつ、コストを低減させるために、本実施形態では 、シャフト 3は磁性材料で形成されている。そして、シャフト 3にスぺーサ 41を嵌合固 定し、さらに、スぺーサ 41を介して、所定の間隔を隔てて配置された環状又は円筒 状の 2つの第 1永久磁石 34と、各第 1永久磁石 34の両端面にそれぞれ隣接するよう に配置された磁性体で形成された 4つの環状又は円筒状の第 1ヨーク 35が嵌合固定 されている。さらに、スぺーサ 41の外周面には、鉄芯 42が嵌合固定されている。

[0020] なお、各図に示すように、第 1永久磁石 34の厚さ、すなわちシャフト 3の軸方向の長 さ力 第 1永久磁石 34のシャフト 3の軸に直交する方向の寸法 (例えば直径）よりも短 いので、以下の説明では「環状」と称する。し力 ながら、本発明に係るァクチユエ一 タで使用される第 1永久磁石 34は環状に限定されるものではなぐシャフト 3の軸方 向の長さがシャフト 3の軸に直交する方向の寸法と同等又はそれよりも長い円筒状で あってもよレヽ。

[0021] 第 1永久磁石 34は、それぞれその厚さ方向に着磁されており、シャフト 3の軸方向 における両端面の極性がそれぞれ異なるように設定されている。さらに、 2つの第 1永 久磁石 34は、互いに対向する面の極性が同じになるように、シャフト 3に固定されて いる。例えば、左側の第 1永久磁石 34Lの左側端面の極性を S極とすると、その第 1 永久磁石 34Lの右側端面の極性が N極、右側の第 1永久磁石 34Rの左側端面の極 性が N極、第 1永久磁石 34Rの右側端面の極性が S極となる。逆の場合も同様である 。このように、シャフト 3に 2つの第 1永久磁石 34をその軸方向に並設することにより、 大きな磁束を発生させることができる。

[0022] シャフト 3に第 1永久磁石 34などを嵌合固定させて構成された第 1可動子 36は、シ 一ルドケース 12に固定された第 1固定子 40の内周面に対して所定の隙間を隔てら れるように、シールドケース 12に揷入されている。シャフト 3に嵌合固定された 2つの 第 1永久磁石 34の間隔は、第 1固定子 40の 2つの第 1固定ヨーク 39の間隔よりも狭く なるように設定されている。また、第 1可動子 36が矢印 Lで示すシャフト 3の軸方向に 往復直線駆動されていない状態において、 2つの第 1固定ヨーク 39間の中心位置と 、 2つの第 1永久磁石 34の間の中心位置とが略一致するように設定されている。なお 、必ずしもこの構成例に限定されるものではなぐ 2つの第 1永久磁石 34の間隔は、 第 1固定子 40の 2つの第 1固定ヨーク 39の間隔と同じであるか又はそれよりも広くて あよい。

[0023] ここで、第 1永久磁石 34及び第 1ヨーク 35をシャフト 3に嵌合固定する構造の変形 例を図 5A及び図 5Bに示す。上記構成例では、磁性材料で形成されたシャフト 3にス ぺーサ 41を嵌合させ、さらにスぺーサ 41に第 1永久磁石 34及び第 1ヨーク 35を嵌合 固定している。一方、図 5A及び図 5Bに示す変形例では、スぺーサ 41の代わりに、 第 1ヨーク 35の内周部に複数（例えば 4つ）の突起 44及び各突起 44の間の隙間 43 を形成し、突起 44をシャフト 3の外周面に当接させることにより、第 1ヨーク 35をシャフ ト 3に嵌合固定させている。図示していないが、各永久磁石 34についても同様である 。その結果、シャフト 3のコストダウン及び強度を確保するために磁性材料によりシャ フト 3を形成したにもかかわらず、永久磁石 34による磁束がシャフト 3側にほとんど通 らず、大部分を第 1固定ヨーク 39側に通すことができ、第 1永久磁石 34による磁束を 有効に利用することができる。

[0024] 次に、矢印 Rで示すように、上記シャフト 3を軸周りにローリング駆動させるための口 一リング駆動部 2Bについて説明する。このローリング駆動部 2Bは、第 2可動子 6と、 筒状をした第 2固定子 10とを備える。

[0025] 第 2可動子 6は、シャフト 3と、シャフト 3に圧入固定された第 2ヨーク 5と、第 2ヨーク 5 に固定された平板状の第 2永久磁石 4などで構成されている。第 2固定子 10は、第 2 ボビン 8と、第 2ボビン 8に電線を卷回して構成された第 2コイル 7と、シャフト 3の軸方 向において第 2ボビン 8の両側に配置された第 2固定ヨーク 9などで構成されている。 第 2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。 第 2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、第 2可動子 6のシャフト 3の軸に直交する方向の最外周部力 第 2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、第 2固定子 10の内側に第 2 可動子 6を所定の隙間を介して回転可能に揷通することにより、ァクチユエータ 2の口 一リング駆動用の磁気回路が構成される。なお、第 2固定ヨーク 9は、必ずしもシャフ ト 3の軸方向における第 2ボビン 8の両側に設ける必要はなぐ片側のみに設けてもよ レ、。

[0026] 第 2可動子 6は、図 1に示すように、矢印 Lで示すシャフト 3の軸方向における往復 動範囲内において、第 2永久磁石 4と第 2固定ヨーク 9の磁極子 11との隙間を一定に 保つことができる長さ S2を有している。具体的には、シャフト 3の軸方向において、第 2可動子 6の第 2永久磁石 4の中間位置と第 2ボビン 8の両側に設けられた 2つの第 2 固定ヨーク 9の中間位置が略一致した状態で、第 2永久磁石 4の長さ S2が第 2固定ョ ーク 9間の距離 S1よりも長くなる（S1 < S2)ように設定されている。そのため、第 2可 動子 6は、シャフト 3の軸方向における往復直線駆動可能範囲において、第 2永久磁 石 4と第 2固定ヨーク 9の磁極子 11とが離反することなぐ常に一定の隙間を維持する こと力 Sできる。その結果、矢印 Rで示すシャフト 3の軸周りの第 2可動子 6のローリング 駆動を連続して行うことができる。

[0027] 第 2ヨーク 5をシャフト 3に圧入固定した状態を図 7に示す。また、第 2可動子 6と第 2 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 8A—図 8Cに示す。各図からわかるように、第 2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の深さと第 2永 久磁石 4の板厚及び溝 25の幅と第 2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 8A—図 8Cに示すように、溝 25にそれぞれ平板状の第 2 永久磁石 4がほぼ隙間なく嵌装される。その結果、平板状の第 2永久磁石 4の外面 4 aと第 2ヨーク 5の円弧状の外面 5aとが周方向に隣接配置された状態となる。

[0028] 第 2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、各第 2永 久磁石 4は、第 2ヨーク 5に対して同じ向きに、例えば、 4つの第 2永久磁石 4の外面 4 aのすべてが N極となるように取り付けられている。第 2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つの第 2永久磁石 4の間に配置された第 2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。

[0029] 図 8A 8Cは、それぞれ第 2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。第 2コイル 7に電流を供給していないときは、第 2永久磁石 4が第 2固定ヨーク 9に 及ぼす磁力とばね部材 13a、 13b及び 13cのばね力とが釣り合う位置で、第 2可動子 6が停止している。そして、第 2固定ヨーク 9に設けられた各磁極子 11a及び l ibが、 それぞれ第 2永久磁石 4と対向するように位置している。第 2コイル 7に一方向の電流 を供給すると、一方の第 2固定ヨーク 9の磁極子 11aが N極になり、他方の第 2固定ョ ーク 9の磁極子 l ibが S極になる。そのため、図 4に示すように、第 2可動子 6は、シャ フト 3の軸周りの一方向、例えば矢印 R1で示す方向に回動される。第 2コイル 7に逆 方向の電流を供給すると、一方の第 2固定ヨーク 9の磁極子 11aが S極になり、他方 の第 2固定ヨーク 9の磁極子 l ibが N極になる。そのため、第 2可動子 6は、シャフト 3 の軸周りの他方向、例えば矢印 R2で示す方向に回転される。従って、第 2コイル 7に 交番電流を供給することにより、第 2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ができる。

[0030] 前側の軸受け 24aの後面、第 1可動子 36の前側端面、第 2可動子 6の後側端面、 及び後側の軸受け 24bの前面に対向するように、それぞれ非磁性材料で形成された ばね受け部材 26がシャフト 3に嵌合されている。さらに、第 2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が第 1可動子 36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。

[0031] ばね部材 13a、 13b及び 13cの構成及びばね受け部材 26の構成を図 11に示す。

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 1 32を有するねじりコイルばね 13で構成されている。また、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 13cの回転を阻止するための係止部 28が形成されている。

[0032] 4つのばね受け部材 26のうち 2つは、シールドケース 12の軸受け 24a及び 24bに 対して、シャフト 3の軸周りに回転不能に固定されており、第 1固定子 40及び第 2固 定子 10に対して相対的に動かなレ、。また、残りの 2つのばね受け部材 26は、シャフト 3と共にその軸方向に回転する第 1可動子 36及び第 2可動子 6に固定され、第 1可動 子 36及び第 2可動子 6と共に変位する。そのため、第 2可動子 6がシャフト 3の軸周り に回転されることにより、各ばね 13a、 13b及び 13cがそれぞれ卷き締まり方向又はゆ るみ方向に回転され、各ばね 13a、 13b及び 13cに弾性反力が蓄積される。その結 果、シャフト 3の軸周りの回転可能範囲が制限される。

[0033] さらに、吸振錘 17の構成を図 12A— 12Dに示す。吸振錘 17にも、ばね部材 13a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 されてレ、る。このよう【こ、 3つの ίまね咅本才 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 28、 29及び 30で回り止め固 定することにより、第 1可動子 36を矢印 Lで示すように、シャフト 3の軸方向に往復直 線駆動可能な状態で保持すると共に、矢印 Rで示すように、第 2可動子 6をシャフト 3 の軸周りに所定範囲内で往復回転可能な状態で保持する。吸振錘 17の重心位置は 第 2可動子 6の回転軸と同軸上に配置されているので、第 2可動子 6がシャフト 3の軸 周りに回転されるときに、第 2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。

[0034] 本実施形態に係るァクチユエータ 2では、第 1コイル 37及び第 2コイルに対して選択 的に交番電流を供給することにより、シャフト 3をその軸方向に往復直線駆動又はそ の軸周りにローリング駆動することができる。また、第 1コイル 37及び第 2コイルに対し て同時に交番電流を供給することにより、シャフト 3をその軸方向に往復直線駆動し ながら、同時にその軸周りにローリング駆動することができる。

[0035] シャフト 3を矢印 Lで示すその軸方向に往復直線駆動させる場合、第 1可動子 36と ばね部材 13a、 13b及び 13cとで、第 1可動子 36の往復直線運動の振動系を構成す る。すなわち、第 1可動子 36の往復直線運動に伴って 3つのばね部材 13a、 13b及 び 13cが伸張及び圧縮され、圧縮力及び引っ張り力を第 1可動子 36に付与する。

[0036] 第 1コイル 37に電流が流れていない状態では、第 1永久磁石 34が第 1固定ヨーク 3 9に及ぼす磁力とばね部材 13a、 13b及び 13cの付勢力が釣り合う位置で第 1可動 子 36が停止し、第 1可動子 36の 2つの第 1永久磁石 34の外側面は、それぞれ第 1固 定子 40の 2つの第 1固定ヨーク 39の内側面と対向する。

[0037] 第 1コイル 37に一方向電流が流れると、第 1可動子 36がー方向に移動し、第 1コィ ル 37に逆方向電流が流れると、第 1可動子 36が逆方向に移動する。そのため、第 1 コイル 37に交番電流を流すことにより、第 1可動子 36をシャフト 3の軸方向に往復駆 動させることができる。特に、ばね部材 13a、 13b及び 13cのばね定数及び第 1可動 子 36と第 2可動子 6の総質量で決定される共振周波数付近の交番電流を第 1コイル 37に流すことにより、第 1可動子 36の往復直線運動 (往復振動）を共振状態に近い 状態にすることができ、これにより第 1可動子 36の移動量 (振幅量)を大きくすることが できる。

[0038] 一方、矢印 Rで示すように、シャフト 3をその軸周りに往復回転駆動させる場合、第 2 可動子 6とばね部材 13a、 13b及び 13cとで、第 2可動子 6のローリング駆動の振動系 を構成する。すなわち、第 2可動子 6のローリング駆動に伴って 3つのばね部材 13a、 13b及び 13cは、シャフト 3の軸周りにおける第 2可動子 6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、第 2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 13a、 13b及び 13cのば ね定数と第 1可動子 36と第 2可動子 6の総質量とで決定される共振周波数付近の電 流を第 2コイル 7に供給することにより、第 2可動子 6の振動量 (振幅量)を大きくするこ とができる。

[0039] 第 2コイル 7に一方向の電流を供給すると、第 2永久磁石 4は、一方の第 2固定ョー 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 引力を受ける。そのため、第 2可動子 6は、シャフト 3の軸周りの一方向（例えば矢印 R 1で示す方向）に大きな力で回転駆動される。第 2コイル 7に逆方向の電流を供給す ると、第 2永久磁石 4は、一方の第 2固定ヨーク 9の磁極子 11aからは磁気吸引カを受 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、第 2コ ィル 7に交番電流を供給することにより、第 2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。

[0040] また、極性の異なる第 2永久磁石 4の外面 4aと第 2ヨーク 5の外面 5aとが第 2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と第 2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、第 2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、 第 2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、第 2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、第 2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。

[0041] また、第 1固定子 40、第 2固定子 10及びシールドケース 12を固定部とし、第 1可動 子 36と第 2可動子 6の総質量及び吸振錘 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。吸振錘 17は、往復直線駆動の振動系のものとローリング駆動の振 動系のものとを兼用している。そして、第 1可動子 36による往復直線駆動と第 2可動 子 6のローリング駆動とが同時に行われる場合、吸振錘 17は、シャフト 3の軸方向に おいて第 1可動子 36とは逆位相で往復直線駆動され、かつ、シャフト 3の軸周りにお レ、て第 2可動子 6とは逆位相で回転駆動されるようになっている。この場合、第 1可動 子 36又は第 2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、第 1可動子 36又は第 2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次の固有振動数近傍の周波数を有する電流を 第 1コイル 37及び Z又は第 2コイル 7に供給することにより第 1可動子 36又は第 2可 動子 6を軸方向の往復直線駆動及び/又は軸周りのローリング駆動する場合、逆位 相の駆動を行う吸振錘 17が第 1可動子 36及び第 2可動子 6の慣性力を打ち消し、逆 に、吸振錘 17の慣性力を第 1可動子 36及び第 2可動子 6が打ち消す。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。さらに、吸振錘 17とシ ャフト 3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を設ける方が好ましい。

[0042] また、第 2可動子 6のローリング駆動時に吸振錘 17の慣性モーメントが第 1可動子 3 6及び第 2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いる。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第 1可 動子 36及び第 2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してもよい。吸 振錘 17の慣性モーメントを大きくすることにより、第 1可動子 36及び第 2可動子 6の往 復直線駆動方向又はローリング駆動方向のアシスト力が増大し、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。

[0043] また、第 2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、第 2可動子 6のシャフト 3の軸周り における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。

[0044] ところで、上記ばね部材 13a、 13b及び 13cのみで第 2可動子 6の回転を規制する 構造では、外部から第 2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第 2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 2の駆動特性に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、外部から第 2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、第 2 可動子 6の回転を機械的に止めるために、図 4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。

[0045] 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 72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 3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、第 2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 力 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、第 2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ァクチユエータ 2の信頼性を確保することが できる。

[0046] なお、シャフト 3の後端部 3aは、シャフト 3に第 2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、第 2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 うに第 2ヨーク 5を圧入させることで、シャフト 3に対する第 2ヨーク 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。

[0047] さらに、図 5に示す変形例においては、図 6に示すように、ばね受け部材 26のばね 部材 13a、 13b又は 13cとは接触しなレ、側の端面に複数 (例えば 4つ）の係合突部 26 aを形成し、第 1ヨーク 35に形成された隙間 43に嵌合させてもよい。このような構成に より、ばね受け部材 26の第 1ヨーク 35に対するシャフト 3の中心軸周りの回転が規制 される。

[0048] また、図 7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を第 2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が第 2ヨーク 5に対して回転不能に固定される。

[0049] 図 8B及び図 8Cに示すように、各第 2固定ヨーク 9の内周部には、第 2可動子 6の極

(第 2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 9に示すように、第 2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 17が形成されている。このように、磁 極子 11の間に切り欠き 17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、第 2永久磁石 4に よる磁束を第 2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。

[0050] 図 8Aに示すように、シャフト 3の軸方向において、第 2固定ヨーク 9を第 2ボビン 8の 軸方向の両側に設ける場合、図 8B及び図 8Cに示すように、一方の第 2固定ヨーク 9 の磁極子 11aの位置と、他方の第 2固定ヨーク 9の磁極子 l ibの位置と力 第 2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、各第 2固定ヨーク 9を配置してい る。また、第 2コイル 7に電流を供給していない第 2可動子 6の初期位置では、一方の 第 2固定ヨーク 9の磁極子 11aが、第 2永久磁石 4のシャフト 3の軸周りにおける一端 部と第 2ヨーク 5との一方の接点 15aに対向するように位置し、他方の第 2固定ヨーク 9 の磁極子 l ibが、同じ第 2永久磁石 4の他端部と第 2ヨーク 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、同一の第 2永久磁石 4に 対する一方の第 2固定ヨーク 9の磁極子 11aとの隙間と、他方の第 2固定ヨーク 9の磁 極子 l ibとの隙間が略同じになり、第 2可動子 6のローリング駆動が効率よく行われる

[0051] さらに、図 9に示すように、シャフト 3の軸方向における第 2ボビン 8の両端面には、 第 2固定ヨーク 9を第 2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、第 2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、第 2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 17が形成されている。固定ヨーク位置決め部 16が、それぞれ第 2固定ヨーク 9の切り 欠き 17に嵌合されるように、 2つの第 2固定ヨーク 9をシャフト 3の軸方向に沿って第 2 ボビン 8の両端面に取り付けることにより、シャフト 3の軸回りにおける 2つの第 2固定ョ ーク 9の相対的な位置が固定される。

[0052] さらに、図 10A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 ェ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、第 2ボビン 8及び第 2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、第 2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 ける第 2固定ヨーク 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ェ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 10Aにおいて、シールドケース 12の右側の開口部から 、第 2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、左側の第 2固定ョ 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、シールドケース 12への第 2固定子 10の固定が容易になる。な お、第 2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、打ち抜き加工により凹溝を形成しても同様の効 果が得られる。

[0053] さらに、図 3に示すように、往復直線駆動部 2Aとローリング駆動部 2Bとの間に、非 磁性材料で形成された筒状又は環状の磁気シールド部材 50を設けてもよい。これに より、共通する 1本のシャフト 3の軸方向に往復直線駆動部 2Aとローリング駆動部 2B を隣接して設けた場合であっても、往復直線駆動部 2Aとローリング駆動部 2Bからの 各磁束を、磁気シールド部材 50により遮断することができる。さらに、磁気シールド部 材 50を円筒状又は環状にすることで、第 1永久磁石 34及び第 2永久磁石 4による磁 束を漏れなく遮断することができる。その結果、一方の往復直線駆動部 2A又はロー リング駆動部 2Bにおける第 1永久磁石 34又は第 2永久磁石 4の磁力の影響を他方 のローリング駆動部 2B又は往復直線駆動部 2Aに影響を及ぼさないようにすることが でき、往復直線駆動部 2Aによるシャフト 3の軸方向の往復直線駆動及びローリング 駆動部 2Bによるシャフト 3の軸周りのローリング駆動の 2つの動作を安定して得ること ができる。

[0054] このように、本実施形態に係るァクチユエータ 2によれば、共通する 1本のシャフト 3 の軸方向に沿って、それぞれ異なる位置に往復直線駆動部 2Aとローリング駆動部 2 Bとが設けられるので、シャフト 3をその軸方向の往復直線運動と軸周りのローリング 駆動との 2つの動作を同時に行うことが可能になる。

[0055] また、往復直線駆動部 2A及びローリング駆動部 2Bを構成する円筒状又は環状の 第 1永久磁石 34及び平板状の第 2永久磁石 4を、第 1固定子 40及び第 2固定子 10 側ではなぐ第 1可動子 36及び第 2可動子 6側に設けている。そのため、円筒状又は 環状の第 1永久磁石 34の場合、従来のように大径の永久磁石をシールドケース 12 の内面に配設する場合と比較して、第 1永久磁石 34の内径及び外径が小さくなり、 第 1永久磁石 34の体積が小さくなる。その結果、往復直線駆動部 2Aを小型軽量ィ匕 することが可能となると共に、材料面での第 1永久磁石 34のコストを低減させることが 可能となる。さらに、第 1永久磁石 34は、例えば軸方向に着磁された筒状の永久磁 石を輪切りにするか、あるいは環状の磁性材料をその厚さ方向に着磁することにより 製造することができるので、第 1永久磁石 34の製造が容易になり、製造面でのコスト を低減させることができる。

[0056] 平板状の第 2永久磁石 4の場合も同様に、従来のように大径の永久磁石をシールド ケース 12の内面に配設する場合と比較して、第 2永久磁石 4の体積が小さくなる。そ の結果、ローリング駆動部 2Bを小型軽量化することが可能となると共に、材料面での 第 2永久磁石 4のコストを低減させることが可能となる。さらに、第 2永久磁石 4は、そ の厚さ方向に着磁されているので、厚さ方向に着磁された大きな板状の永久磁石を 長方形に切断することにより製造することができるので、第 2永久磁石 4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ができる。これらの各効果を総合すること により、ァクチユエータ 2の小型軽量化及びコストの大幅な低減が可能となる。

[0057] 次に、本実施形態に係るァクチユエータ 2において、第 1コイル 37又は第 2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第 1可動子 36又 は第 2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 13に示すグラフを参照しつつ説明する。

[0058] 図 13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 と第 1可動子 36又は第 2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 13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、◊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。

[0059] 前述のように、ばね部材 13a、 13b及び 13cのばね定数及び第 1可動子 36及び第 2可動子 6の総質量などで決定される共振周波数（図 13において点 Pで示す)付近 の周波数を有する交番電流を第 1コイル 37又は第 2コイル 7に供給することにより、第 1可動子 36又は第 2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、第 1可動子 36又は第 2可動子 6の振幅は最大値 1. lm m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。

[0060] このような範囲内に第 1コイル 37又は第 2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 13a、 13b及び 13cを利用して第 1可動子 36又は第 2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、第 1可動子 36を往復 直線駆動又は第 2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、 目的とする振幅で往復直線駆動又はローリング駆動させ ること力 Sできる。特に、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、 目的とする振幅で往復直線駆動又 は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。

[0061] 図 13は一例を示すものであり、往復直線駆動部 2Aの共振周波数とローリング駆動 部 2Bの共振周波数とは異なる場合もある。例えば、往復直線駆動部 2Aとローリング 駆動部 2Bの少なくとも一方を、その駆動部における共振周波数に近ぐかつ、それよ りも低い周波数で駆動させ、他方をその駆動部における共振周波数に近ぐかつ、そ れよりも高い周波数で駆動させてもよい。あるいは、往復直線駆動部 2A及びローリン グ駆動部 2Bを、それぞれそれらの駆動部における共振周波数に近ぐかつ、それよ りも低い周波数で駆動させてもよい。逆に、往復直線駆動部 2A及びローリング駆動 部 2Bを、それぞれそれらの駆動部における共振周波数に近ぐかつ、それよりも高い 周波数で駆動させてもよい。さらに、往復直線駆動部 2Aの第 1コイル 37に供給する 交番電流の周波数とローリング駆動部 2Bの第 2コイル 7に供給する交番電流の周波 数は同じであってもよいし、それぞれ異なる周波数であってもよい。

[0062] 上記ァクチユエータ 2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 ァクチユエータを備えた電動歯ブラシ 1の構成を図 14に示す。

[0063] 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 32と、ハウジング 22の外周面部 に設けられたスィッチ 33などを備えてレ、る。ァクチユエータ 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。

[0064] 図 14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。

[0065] 制御回路 32は、ユーザによるスィッチ 33の切り換え動作に応じて、往復直線駆動 部 2Aの第 1コイル 37及び/又はローリング駆動部 2Bの第 2コイル 7に対して交番電 流を供給する。それにより、シャフト 3をその軸方向に往復直線駆動するモード、シャ フト 3をその軸周りにローリング駆動するモード及びシャフト 3をその軸方向に往復直 線駆動すると同時にその軸周りにローリング駆動するモードを選択することができる。

[0066] 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、ァクチユエータ 2の 第 1コイル 37又は第 2コイル 7に電流を供給することにより、シャフト 3をその軸方向に 往復直線駆動又は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が軸方向に往復直線駆動又は軸周りにローリング 駆動されるので、これによりユーザの好みに応じてブラシ部 23を往復直線駆動又は ローリング駆動させて歯磨きを行うことができる。

[0067] 前述のように、本実施形態に係るァクチユエータ 2によれば、シャフト 3をその軸方向 に往復直線駆動させる往復直線駆動部 2Aの環状又は円筒状の第 1永久磁石 34を 直接又はスぺーサ 41を介してシャフト 3に嵌合固定しているので、各第 1永久磁石 3 4の内径及び外径が小さくなり、第 1永久磁石 34の体積が小さくなる。また、シャフト 3 をその軸周りに所定範囲で往復回転駆動するローリング駆動部 2Bの第 2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、第 2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、ァクチユエータ 2及びそれを用いた電動 歯ブラシ 1のコストも低減させることができる。

[0068] また、本発明に係るァクチユエータ 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。

[0069] 本願は日本国特許出願 2003—139573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。

[0070] 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

[0071] 以上説明したように、本発明によれば、往復直線駆動及びローリング駆動可能なァ クチユエータにおいて、共通する 1本のシャフトに往復直線駆動部とローリング駆動 部とをその軸方向に隣接して設けているので、 1本のシャフトで軸方向の往復直線運 動と軸周りのローリング駆動を同時に行うことができる。また、往復直線駆動部及び口 一リング駆動部を構成する各永久磁石を、それぞれ固定子側ではなく可動子側、す なわちシャフトの軸周りに設けているので、従来のように大径の永久磁石を固定子側 に設けた場合と比較して、各永久磁石をそれぞれ小型軽量化することができる。それ に伴い、ァクチユエータの一層の小型軽量化及び低コストィ匕することができる。

[0072] さらに、本発明に係る往復直線駆動及びローリング駆動可能なァクチユエ一タを用 いた電動歯ブラシによれば、シャフトの先端に装着されたブラシ体を、ユーザの選択 により、シャフトの軸方向に往復直線駆動するモード、軸周りにローリング駆動するモ ード及びシャフトの軸方向に往復直線駆動すると同時に軸周りにローリング駆動する モードのいずれかで駆動することができる。さらに、上記のようにァクチユエータ自体 が小型軽量ィヒ及び低コスト化可能であるので、それを用いた電動歯ブラシも小型軽 量化及び低コストィヒすることが可能となる。

Claims

請求の範囲

[1] シャフトの軸方向に沿って隣接するように配置された往復直線駆動部及びローリン グ駆動部を備え、

前記シャフトは、その軸方向に往復直線駆動可能に軸支されるとともに、その軸周 りに所定範囲内で往復回転可能に軸支されており、

往復直線駆動部は、前記シャフト及び前記シャフトの軸方向の両端面部の極性が 異なるように着磁され、かつ前記シャフトに嵌合固定された第 1永久磁石とを有する 第 1可動子と、前記第 1永久磁石の前記シャフトの軸方向に平行な端面に対して所 定の隙間を介して対向するように設けられ、電流が供給されることにより磁界を発生さ せる第 1コイルを有する第 1固定子とを備え、

前記ローリング駆動部は、前記シャフトと、前記シャフトに固定された第 2ヨークと、 前記シャフトの軸周りにおいて前記第 2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つの平板状の第 2永久磁石とを有する第 2可動 子と、前記第 2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第 2コイルと、 磁性材料で形成され、前記第 2ヨーク及び前記第 2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第 2固定ヨークとを有する略筒状の第 2固定子とを備え、

前記第 1コイル及び Z又は前記第 2コイルに交番電流を供給することにより、前記 第 1可動子を前記シャフトの軸方向に往復直線駆動し及び Z又は前記第 2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することを特徴とする 往復直線駆動及びローリング駆動可能なァクチユエータ。

[2] 前記第 1可動子のみを前記シャフトの軸方向に往復直線駆動させるモードと、前記 第 2可動子のみ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 るモードと、前記第 1可動子を前記シャフトの軸方向に往復直線駆動させると同時に 前記第 2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 るモードに切り換える切り換え手段を備えたことを特徴とする請求項 1に記載の往復 直線駆動及びローリング駆動可能なァクチユエータ。

[3] 前記第 1可動子は、前記シャフトの軸方向において、所定の間隔を隔てて配置され た筒状又は環状の 2つの第 1永久磁石と、前記 2つ第 1永久磁石の前記シャフトの軸 方向の各端面に隣接するように、前記シャフトに嵌合固定された複数の第 1ヨークと、 前記 2つの第 1永久磁石の間で、前記シャフトの軸方向と平行となるように前記シャフ トに嵌装された略筒状の鉄芯を有し、

前記 2つの第 1永久磁石は、それぞれ前記シャフトの軸方向の両端面部の極性が 異なるようにその厚さ方向に着磁され、かつ互いに対向する面の極性が同磁になる ように前記シャフトに固定され、

前記第 1固定子は、前記第 1コイルが卷回された第 1ボビンと、前記第 1ボビンの前 記シャフトの軸方向のいずれかの側に設けられた少なくとも 1つの第 1固定ヨークをさ らに有してレ、ることを特徴とする請求項 1に記載の往復直線駆動及びローリング駆動 可能なァクチユエータ。

[4] し、前記第 1可動子に嵌合固定された 2つの第 1永久磁石の間隔を、前記第 1固定子 の 2つの第 1固定ヨークの間隔よりも狭くし、さらに、軸方向における前記 2つの第 1固 定ヨーク間の中心位置と、前記第 1可動子が往復直線駆動されていない状態におけ る前記 2つの第 1永久磁石の間の中心位置とが略一致していることを特徴とする請求 項 3に記載の往復直線駆動及びローリング駆動可能なァクチユエータ。

[5] 前記第 2永久磁石は平板状であり、その厚さ方向に着磁されており、

前記第 2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、 前記第 2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に記載の往復直線駆動及びローリング駆動可能 なァクチユエータ。

[6] 前記第 2可動子は、前記シャフトの軸方向における往復直線駆動可能動範囲内に おいて、前記第 2永久磁石と前記第 2固定ヨークの磁極子との隙間を一定に保つこと ができる長さを有していることを特徴とする請求項 1に記載の往復直線駆動及びロー リング駆動可能なァクチユエータ。

[7] 前記第 1可動子とこの第 1可動子を前記シャフトの軸方向に支持するばね部材とで 往復直線駆動の振動系を構成し、

前記第 2可動子とこの第 2可動子を前記シャフト軸周りに支持するばね部材とで口 一リング駆動の振動系を構成し、

前記往復直線駆動の振動系のばね部材がローリング駆動の振動系のばね部材を 兼用することを特徴とする請求項 1に記載の往復直線駆動及びローリング駆動可能 なァクチユエータ。

[8] 前記往復直線駆動の振動系と前記ローリング駆動の振動系に共通の吸振錘を設 け、

前記第 1可動子による往復直線駆動と前記第 2可動子によるローリング駆動とが同 時に行われる場合において、前記吸振錘は、前記シャフトの軸方向において、前記 第 1可動子とは逆位相で往復直線駆動され、かつ、前記シャフトの軸周りにおいて、 前記第 2可動子とは逆位相で回転駆動されることを特徴とする請求項 7に記載の往 復直線駆動及びローリング駆動可能なァクチユエータ。

[9] 前記往復直線駆動の振動系のばね部材及び前記ローリング駆動の振動系のばね 部材はねじり圧縮コイルばねで構成され、前記コイルばねの両端部の腕を前記シャ フトの軸周りに回転させないためのばね受け部材を備えていることを特徴とする請求 項 7に記載の往復直線駆動及びローリング駆動可能なァクチユエータ。

[10] 前記ばね受け部材は、前記第 1固定子及び前記第 2固定子に対して相対的に動 力ないばね止め部と、前記第 1可動子及び前記第 2可動子と共に変位するばね止め 部とを含むことを特徴とする請求項 9に記載の往復直線駆動及びローリング駆動可 能なァクチユエータ。

[11] 前記第 1可動子とこの第 1可動子を前記シャフトの軸方向に支持するばね部材とで 往復直線駆動の振動系を構成し、

前記第 2可動子とこの第 2可動子を前記シャフト軸周りに支持するばね部材とで口 一リング駆動の振動系を構成し、

前記第 1コイルに前記往復直線駆動の振動系の共振周波数に等しいかそれ近い 周波数を有する交番信号を供給し及び/又は前記第 2コイルに前記ローリング駆動 の振動系の共振周波数に等しいかそれ近い周波数を有する交番信号を供給して、 前記往復直線駆動部及び/又は前記ローリング駆動部を駆動することを特徴とする 請求項 1に記載の往復直線駆動及びローリング駆動可能なァクチユエータ。

[12] 前記シャフトの軸方向において、前記往復直線駆動部と前記ローリング駆動部との 間に、非磁性材料で形成委された筒状又は環状の磁気シールド部材を設けたことを 特徴とする請求項 1に記載の往復直線駆動及びローリング駆動可能なァクチユエ一 タ。

[13] 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往復直線運動 及びローリング駆動可能なァクチユエータと、前記ァクチユエータに電力を供給する ための電源と、前記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、ユー ザによるスィッチ操作に応じて前記ァクチユエータの駆動モードを切り換える制御回 路を備えた電動歯ブラシであって、

前記駆動ァクチユエータは、シャフトの軸方向に沿って隣接するように配置された 往復直線駆動部及びローリング駆動部を備え、

前記シャフトは、その軸方向に往復直線駆動可能に軸支されるとともに、その軸周 りに所定範囲内で往復回転可能に軸支され、

往復直線駆動部は、前記シャフト及び前記シャフトの軸方向の両端面部の極性が 異なるように着磁され、かつ前記シャフトに嵌合固定された第 1永久磁石とを有する 第 1可動子と、前記第 1永久磁石の前記シャフトの軸方向に平行な端面に対して所 定の隙間を介して対向するように設けられ、電流が供給されることにより磁界を発生さ せる第 1コイルを有する第 1固定子とを備え、

前記ローリング駆動部は、前記シャフトと、前記シャフトに固定された第 2ヨークと、 前記シャフトの軸周りにおいて前記第 2ヨークに隣接するように装着された少なくとも 1 つの第 2永久磁石とを有する第 2可動子と、前記第 2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第 2コイルと、磁性材料で形成され、前記ヨーク及び前記第 2 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第 2固定ヨークとを有する略筒状の第 2固定子とを備え、 前記制御部は、ユーザによるスィッチ操作に応じて、前記第 1可動子のみを前記シ ャフトの軸方向に往復直線駆動させるモードと、前記第 2可動子のみを前記シャフト 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モードと、前記第 1可動子を 前記シャフトの軸方向に往復直線駆動させると同時に前記第 2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モードに切り換えることを特 徴とする。