WO2010067753A1 - リニアアクチュエータ - Google Patents

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WO2010067753A1
WO2010067753A1 PCT/JP2009/070339 JP2009070339W WO2010067753A1 WO 2010067753 A1 WO2010067753 A1 WO 2010067753A1 JP 2009070339 W JP2009070339 W JP 2009070339W WO 2010067753 A1 WO2010067753 A1 WO 2010067753A1
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coil
permanent magnet
magnetic
yoke
linear actuator
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Application number
PCT/JP2009/070339
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English (en)
French (fr)
Inventor
正洋 西浦
Original Assignee
サンスター株式会社
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Priority to ES09831857.9T priority patent/ES2608716T3/es
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Priority to EP09831857.9A priority patent/EP2374430B1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/12—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moving in alternate directions by alternate energisation of two coil systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C17/00—Devices for cleaning, polishing, rinsing or drying teeth, teeth cavities or prostheses; Saliva removers; Dental appliances for receiving spittle
    • A61C17/16—Power-driven cleaning or polishing devices
    • A61C17/22—Power-driven cleaning or polishing devices with brushes, cushions, cups, or the like
    • A61C17/32—Power-driven cleaning or polishing devices with brushes, cushions, cups, or the like reciprocating or oscillating
    • A61C17/34—Power-driven cleaning or polishing devices with brushes, cushions, cups, or the like reciprocating or oscillating driven by electric motor
    • A61C17/3409—Power-driven cleaning or polishing devices with brushes, cushions, cups, or the like reciprocating or oscillating driven by electric motor characterized by the movement of the brush body
    • A61C17/3445—Translation along the axis of the toothbrush handle
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/02—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moved one way by energisation of a single coil system and returned by mechanical force, e.g. by springs
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator

Definitions

  • the present invention relates to a linear actuator that can be suitably used as a driving means for various devices including an operation unit that reciprocates linearly, such as an electric toothbrush, a gingival massager, an electric razor, and a pump.
  • a cleaning head in which a plurality of hair bundles are implanted is reciprocated linearly in a direction substantially perpendicular to the direction of hair bundle implantation, or a reciprocating reciprocating motion centering on the hair bundle implantation direction, Those that vibrate together with the casing are widely put into practical use.
  • the reciprocating reciprocating motion means a motion that repeatedly performs a rotational motion of rotating by a constant angle in the forward rotation direction and then rotating by the same angle in the reverse rotation direction.
  • the one provided with conversion means such as a crank mechanism that converts the rotational movement of the rotating shaft of the motor into the reciprocating linear movement of the output shaft is inexpensive.
  • the vibration frequency of the cleaning head is naturally limited in the reciprocating linear motion by the motor, recently, the cleaning frequency is improved by increasing the vibration frequency of the cleaning head.
  • a device using a linear actuator having a coil has also been put into practical use.
  • a cylindrical permanent magnet having a central axis substantially coincident with the central axis of the shaft and opposite end faces in the axial direction is mounted on the outer periphery of the shaft that is supported so as to be freely reciprocally linearly movable in the axial direction.
  • the mover is configured so that the mover is reciprocated linearly in a cylindrical stator having a winding, and the mover is reciprocated by applying an electric current to the winding.
  • An electric toothbrush is also proposed (see, for example, Patent Document 2).
  • the electric toothbrush described in Patent Document 1 since the coil and the permanent magnet are provided on the inner side of the casing with almost no gap, there is a concern that magnetic leakage to the outside of the casing may adversely affect other devices such as a pacemaker. The Therefore, it is necessary to load a coil and a magnet in a shield case made of a magnetic material, and the manufacturing cost of the electric toothbrush increases as much as the shield case is provided, and the operability is reduced because the electric toothbrush becomes heavy. There was a problem. Moreover, the electric toothbrush described in Patent Document 1 has a complicated structure such as requiring at least two magnets, is expensive to manufacture, and is not very easy to assemble. In addition, since the lightweight shaft is reciprocated, there is also a problem that sufficient inertial force for reciprocation cannot be ensured and sufficient brushing force cannot be obtained.
  • An object of the present invention is to provide a linear actuator that has a simple structure and can be manufactured at low cost, has a small magnetic leakage, and can obtain a large inertia force without increasing the number of parts or increasing the weight. is there.
  • the linear actuator according to the present invention includes an output member that is supported by a stationary member so as to be freely reciprocating linearly movable, an elastic member that urges the output member toward an intermediate position of the reciprocating linear motion, and a permanent member that is fixed to the output member.
  • the middle part is closely fixed to the other magnetic pole of the magnet, the gap extends with respect to the permanent magnet along the outer side of the permanent magnet, and extends to the outer side of the coil, and the end part is disposed close to the outer side of the coil.
  • a yoke made of a magnetic material and power supply means for forming a variable magnetic field in the coil are provided.
  • the yoke can be provided so as to cover substantially the entire outside of the permanent magnet and the coil, thereby more effectively preventing magnetic leakage from the permanent magnet and the coil to the outside.
  • the end of the yoke may be positioned within a range from one end of the coil opening to the other end.
  • the end portion of the yoke is preferably positioned between the center portion of the coil in the center line direction (winding width) and the end portion on the side away from the permanent magnet. By doing so, the magnetic flux (magnetic force) formed by the yoke can be used efficiently.
  • the intermediate portion is a bottomed cylindrical shape having an opening, that is, a so-called bowl-shaped yoke, and refers to a portion inside the bottom.
  • the yoke functions as a magnetic shield for the coil and permanent magnet, it is possible to reduce magnetic leakage from the coil and permanent magnet to the outside without increasing the number of parts, and to prevent adverse effects on other devices due to magnetic leakage.
  • the permanent magnet since the permanent magnet is fixed to the output member, the permanent magnet can function as a weight for increasing the inertial force of the output member, and without increasing the number of parts or the weight, the output member Can increase the inertial force. For this reason, when this linear actuator is used as a driving means for reciprocating linear movement of the cleaning head of an electric toothbrush, for example, the brushing force by the cleaning head can be increased without increasing the number of parts or increasing the weight. .
  • the output member is provided with a plurality of the permanent magnets spaced apart from each other, the coils are provided corresponding to the plurality of permanent magnets, and the plurality of coils are synchronously driven by the power supply means. It is an embodiment. In this case, the driving force of the output member can be increased by increasing the number of permanent magnets and coils. A plurality of sets of permanent magnets and coils can be arranged in parallel or in series.
  • a pair of the permanent magnets are provided on the output member coaxially with the output member at a distance from each other, and a pair of the coils are provided coaxially with the output member so as to correspond to the pair of permanent magnets. It is also preferable that the pair of coils are synchronously driven by the power supply means.
  • a pair of permanent magnets and coils can be provided to increase the driving force of the output member without increasing the size of the linear actuator in the radial direction of the output member.
  • an electric toothbrush needs to be configured to be easily held by hand.
  • the driving force can be increased without increasing the size of the linear actuator in the radial direction of the output member. It is possible to secure a sufficient brushing force while improving the handleability.
  • the magnetic path forming member may be closely fixed to one magnetic pole of the permanent magnet, and the magnetic path forming member may be disposed in the approximate center of the annular coil so as to be close to the coil. With this configuration, magnetic leakage in the magnetic circuit from one magnetic pole of the permanent magnet to the coil can be reduced, and the magnetic efficiency of the linear actuator can be further increased.
  • the magnetic path forming member is a member made of a magnetic material such as an iron material, a silicon steel plate, or ferrite, and among them, an iron material is preferably used.
  • the output member can be elastically supported by the elastic member with respect to the stationary member so that the output member is reciprocated by reciprocating linear movement of the output member.
  • the output member can be reciprocated in a reciprocating manner while almost no waste of driving force is generated.
  • the cleaning head can be reciprocated and reciprocated around the orthogonal direction while reciprocating linearly in the direction orthogonal to the direction of bristle planting. It is preferable for improvement.
  • An electric toothbrush according to the present invention is detachably attached to an end portion of an output member of a linear actuator according to the present invention described above, which protrudes from the casing, and a casing also serving as a handle, which is built in the casing. It is equipped with a replacement brush.
  • the middle part of the yoke is closely fixed to the other magnetic pole of the permanent magnet, and the end of the yoke is placed close to the outside of the coil, so that the magnetic circuit from the other magnetic pole of the permanent magnet to the coil is moved by the yoke. Since it can be formed, the magnetic leakage of the permanent magnet can be reduced and the magnetic efficiency of the linear actuator can be increased.
  • the yoke functions as a magnetic shield for the coil and permanent magnet, magnetic leakage from the coil and permanent magnet to the outside of the casing can be reduced without increasing the number of parts, and adverse effects on other devices due to magnetic leakage can be prevented. Can be prevented.
  • the permanent magnet is fixed to the output member, the permanent magnet can function as a weight for increasing the inertial force of the output member, and the cleaning head can be used without increasing the number of parts or the weight. The brushing power by can be increased.
  • the middle portion of the yoke is closely fixed to the other magnetic pole of the permanent magnet, and the end portion of the yoke is disposed close to the outside of the coil, so that the other magnetic pole of the permanent magnet is moved to the coil. Since the magnetic circuit can be formed by the yoke, the magnetic leakage of the permanent magnet can be reduced and the magnetic efficiency of the linear actuator can be increased. In addition, since the yoke functions as a magnetic shield for the coil and permanent magnet, it is possible to reduce magnetic leakage from the coil and permanent magnet to the outside without increasing the number of parts, and to prevent adverse effects on other devices due to magnetic leakage. it can.
  • the permanent magnet since the permanent magnet is fixed to the output member, the permanent magnet can function as a weight for increasing the inertial force of the output member, and without increasing the number of parts or the weight, the output member Can increase the inertial force. For this reason, when this linear actuator is used, for example, as a driving means for reciprocating linear movement of the cleaning head of the electric toothbrush, the brushing force by the cleaning head can be increased without increasing the number of parts or increasing the weight. .
  • the linear actuator according to the present invention is applied to an electric toothbrush.
  • the electric toothbrush 1 includes an electric toothbrush body 2 and a replacement brush 3 detachably attached to an output shaft (corresponding to an output member) 12 of the electric toothbrush body 2.
  • the brush 3 can be brushed with the output shaft 12 while reciprocating linearly moving in the axial direction of the output shaft 12.
  • the replacement brush 3 has a short rod-like main body member 4 having a flocking table 4a at the tip and a plurality of hair bundles 5 formed by bundling a plurality of filaments, and the hair bundle 5 is implanted on the flocking table 4a.
  • the cleaning head 6 has a well-known configuration that allows teeth to be brushed.
  • the filament those having a known configuration such as those having a sharp tip, a semispherical tip, and a plurality of fine fibers divided into a plurality of fine fibers can be employed.
  • the number of filaments constituting the hair bundle 5 and the arrangement, shape, number, and the like of the hair bundle 5 to be planted on the flocking table 4a can be arbitrarily set.
  • the coupling structure of the replacement brush 3 with respect to the output shaft 12 can also employ a well-known coupling structure that does not easily fall off by being fitted with a click.
  • the electric toothbrush main body 2 includes a substantially cylindrical casing 7 elongated in the vertical direction that also serves as a handle for holding by hand, a linear actuator main body 10 incorporated in the upper part of the casing 7, and a control incorporated in the middle part of the casing 7. It has a unit 8 and a battery 9 loaded in the lower part of the casing 7.
  • the linear actuator is composed of a linear actuator body 10, a control unit 8, and a battery 9, and the power supply means is composed of a control unit 8 and a battery 9.
  • a primary battery or a secondary battery can be suitably employed.
  • the casing 7 is configured so that the battery 9 can be replaced.
  • the battery 9 is built in the casing 7 so that the consumer cannot easily replace the battery 9, and the battery 9 is charged with contact or non-contact. It will be.
  • a nickel cadmium battery, a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, or the like can be adopted.
  • an external power source such as a home AC power source instead of the battery 9.
  • the linear actuator main body 10 includes a support case 11 as a fixed-side member incorporated in the upper part of the casing 7 and an output that extends upward through the casing 7 and the upper walls 7a and 11a of the support case 11 so as to be freely reciprocated linearly.
  • a coil 15 for reciprocating linear movement, which is fixed to the support case 11 so as to oppose one magnetic pole 14a of the permanent magnet 14 and the other magnetic pole 14b of the permanent magnet 14 is fixed in the middle to be fixed.
  • the replacement brush 3 is connected via an output shaft 12. It is configured to reciprocate linearly.
  • the elastic member 13 may be configured to directly urge the output shaft 12 as long as the output shaft 12 is urged to an intermediate position of the reciprocating linear motion. As shown in FIG. 2, the output shaft 12 may be indirectly biased via a permanent magnet 14, a yoke 16, a pole piece 17, and the like.
  • the size of the linear actuator body 10 is 15 to 40 mm in outer diameter, preferably 25 to 35 mm, and the height of the portion excluding the output shaft 12 is 30 to 100 mm, preferably 50 to 70 mm. Further, the moving distance of the output shaft 12 by reciprocating linear motion is 0.3 to 5 mm, preferably 0.5 to 1 mm.
  • the support case 11 includes a bottomed cylindrical support case main body 18 having an open lower end, and a lid member 19 fixed to the lower end of the support case main body 18 so as to close the lower end opening of the support case main body 18. Yes.
  • a cylindrical cylindrical portion 19a extending upward is integrally formed at the center of the lid member 19, and a cylindrical coil 15 is provided on the upper portion of the cylindrical portion 19a by winding a winding. It has been.
  • the support case 11 can be made of a lightweight synthetic resin material made of a non-magnetic material. For this reason, it is possible to omit the support case body 18 and use the upper part of the casing 7 of the electric toothbrush 1 as the support case body 18.
  • the output shaft 12 passes through the upper walls 7a and 11a of the casing 7 and the support case 11 so as to be movable in the vertical direction.
  • the upper end portion protrudes upward from the casing 7 and the lower end portion is in the support case 11. Is arranged.
  • a rubber cover 2a that covers the sliding portion between the two, and the rubber cover 2a allows the casing 7 to move from the sliding portion between the output shaft 12 and the casing 7. Intrusion of water or the like into the inside is prevented.
  • a yoke 16 made of a cylindrical magnetic material with a bottom is provided in the support case 11 so that the opening can be moved up and down downward, and a screw hole 16b is formed at the center of the upper wall portion 16a of the yoke 16.
  • a screw portion 12a is formed at the lower end of the output shaft 12 to be screwed into the screw hole 16b.
  • the output shaft 12 is integrally connected to the yoke 16 by screwing the screw portion 12a into the screw hole 16b. Yes.
  • the connection between the output shaft 12 and the yoke 16 can be performed by other methods such as welding.
  • a permanent magnet 14 is fixed to the lower surface of the substantially disk-shaped upper wall portion 16a of the yoke 16 with the other magnetic pole 14b in close contact therewith, and an outer peripheral portion of the upper wall portion 16a of the yoke 16 has a gap with respect to the permanent magnet 14.
  • a substantially cylindrical peripheral wall portion 16c extending downward so as to surround the outside of the permanent magnet 14 is formed concentrically with the permanent magnet 14, and a slight gap is provided at the lower end portion of the peripheral wall portion 16c of the yoke 16 over the entire circumference.
  • the coil 15 is externally fitted so as to be formed uniformly.
  • a disk-shaped pole piece 17 is tightly fixed to one magnetic pole 14a of the permanent magnet 14, and the pole piece 17 is fitted in the coil 15 so that a slight gap is uniformly formed over the entire circumference.
  • the coil 15 between the end of the peripheral wall portion 16c of the yoke 16 and the pole piece 17 facing it, a magnetic circuit with less magnetic leakage can be formed.
  • the permanent magnet 14, the pole piece 17 and the coil 15 are surrounded by the yoke 16 made of a magnetic material, magnetic leakage to the outside of the support case 11 is prevented, and adverse effects on other devices due to the magnetic leakage are prevented. Can do.
  • the positional relationship in the height direction of the coil 15, the yoke 16, and the pole piece 17 is such that the central portion in the height direction of the coil 15 and the central portion in the height direction of the pole piece 17 are substantially the same at the intermediate position of the reciprocating linear motion.
  • the height is set so that the lower end portion of the pole piece 17 and the lower end portion of the peripheral wall portion 16c of the yoke 16 have substantially the same height.
  • the thickness of the pole piece 17 and the length in the center line direction (length in the vertical direction) of the coil 15 can be appropriately set according to the moving distance of the reciprocating linear motion.
  • the thickness of the pole piece 17 is 3 to 20 mm, preferably 3 to 10 mm
  • the length (winding width) Tc of the coil 15 in the center line direction is Tp / 3 ⁇ Tc ⁇ , where Tp is the thickness of the pole piece 17.
  • 3Tp preferably Tp / 2 ⁇ Tc ⁇ 2Tp
  • the diameter of the coil 15 and the diameter of the winding constituting the coil 15 can be set to 6 to 35 mm, preferably 8 to 25 mm, for example, depending on the required brushing force.
  • the winding can use not only a round wire having a circular cross-sectional shape but also a rectangular wire having a square cross-sectional shape.
  • the number of turns of the winding constituting the coil 15 can be set according to the winding width of the winding, and the winding layer can be set to 1 to 10 layers, preferably 2 to 8 layers.
  • the specifications of the coil 15 such as the diameter of the coil 15, the diameter of the winding, and the winding width are set according to the distance (magnetic gap length) between the pole piece 17 and the yoke 16 and the thickness of the pole piece 17. can do.
  • the yoke 16Aa can be formed of a single member, but in order to improve the moldability of the bent portion 16a, a ring-shaped or cylindrical plate having a hollow portion having a smaller diameter than the opening of the yoke 16 is used.
  • a structure similar to that of the yoke 16A can be obtained by fixing to the lower end surface of the yoke 16 or by fitting and fixing in the lower end portion of the yoke 16 and forming the bent portion 16a with the plate.
  • the elastic member 13 will be described.
  • the first spring member 13a for biasing the yoke 16 downward is provided on the output shaft 12 between the upper wall portion 11a of the support case 11 and the upper wall portion 16a of the yoke 16 in an outer fitting shape.
  • a second spring member 13b that urges the pole piece 17 upward is housed in the cylindrical portion 19a of the lid member 19.
  • the output shaft 12 is urged by the spring members 13a and 13b to the intermediate position (neutral position) of the reciprocating linear motion of the output shaft 12 together with the mover composed of the permanent magnet 14, the yoke 16 and the pole piece 17. Thus, it is elastically held at the intermediate position.
  • the lower end of the yoke 16 is disposed at substantially the same height as the lower end of the coil 15, and the inner peripheral surface of the lower end of the yoke 16 faces the outer surface of the coil 15 with a slight gap.
  • the pole piece 17 is arranged so as to face the central portion in the height direction of the inner peripheral surface of the coil 15 with a slight gap.
  • the 1st spring member 13a and the 2nd spring member 13b can elastically urge the output shaft 12 to the intermediate position of reciprocating linear motion with the mover which consists of the yoke 16, the permanent magnet 14, and the pole piece 17, it will be. 1 and FIG. 2 can be provided at other locations.
  • the elastic member 13 it is not always necessary to use a coil spring, and an elastic member such as a leaf spring, a disc spring, or a synthetic rubber can be employed.
  • the control unit 8 has a known configuration that converts a direct current into an alternating current by an inverter circuit or the like, and generates an alternating magnetic field in the coil 15 by applying the generated alternating current to the coil 15.
  • the magnetic field generated by the coil 15 is not necessarily an alternating magnetic field.
  • a pulsating flow may be applied to the coil 15 to generate a variable magnetic field.
  • the frequency of the cleaning head 6 suitable for brushing is set, and based on this frequency, the permanent magnet 14, the yoke 16, the pole piece 17, the output shaft 12, the replacement brush 3, and the like. Is set so that the natural frequency of the movable member becomes a desired value, and the frequency of the alternating current is set so as to resonate with the natural frequency.
  • the coil 15 is fixed to the casing 7 of the electric toothbrush 1 via the support case 11, so that when an alternating magnetic field is formed in the coil 15 by the current from the control unit 8,
  • the replacement brush 3 reciprocates linearly with a constant stroke in the axial direction of the output shaft 12 via the output shaft 12.
  • the teeth are brushed by the cleaning head 6 using the movement.
  • a pole piece 17 is attached to one magnetic pole 14 a of the permanent magnet 14, the pole piece 17 is disposed inside the coil 15 with a slight gap, and a middle portion of the yoke 16 is arranged. Since the other end of the permanent magnet 14 is closely fixed to the magnetic pole 14b and the end of the yoke 16 is disposed close to the outside of the coil 15, the permanent magnet 14, the pole piece 17, the yoke 16, and the coil 15 cause less magnetic leakage. A magnetic circuit can be formed. For this reason, the magnetic leakage of the permanent magnet 14 can be reduced, the magnetic efficiency of the linear actuator body 10 can be increased, and the brushing force by the cleaning head 6 can be increased.
  • the yoke 16 functions as a magnetic shield for the coil 15 and the permanent magnet 14, magnetic leakage to the outside of the casing 7 can be reduced without increasing the number of parts, and adverse effects on other devices due to magnetic leakage can be prevented. it can. Furthermore, since the permanent magnet 14 is fixed to the output shaft 12, the permanent magnet 14 can function as a weight for increasing the inertial force of the output shaft 12, thereby increasing the number of parts and the weight. In addition, the brushing force by the cleaning head 6 can be increased by increasing the inertial force of the output shaft 12.
  • the linear actuator main body 20 of the second embodiment includes a cylindrical support case 21 whose upper and lower ends are closed, and two sets of interiors arranged in series so as to face in the support case 21 symmetrically.
  • the lower end portion is fixed to the upper wall portion 24Ua of the upper yoke 24U, and the output shaft 27 that extends upward through the upper wall portion 21a of the support case 21 is attached to the intermediate position side of the reciprocating linear motion.
  • a connecting member 30 is integrally connected to the upper movable element composed of 3U, the yoke 24U and the pole piece 25U, and the lower movable element composed of the permanent magnet 23L, the yoke 24L and the pole piece 25L.
  • a guide member 31 is provided for guiding the two sets of movers in a reciprocating linear motion with respect to the support case 21 in the vertical direction.
  • the support case 21 is composed of a cylindrical member whose upper and lower ends are closed, and is divided into two divided bodies by a dividing surface including a center line. By combining the two divided bodies, two sets of magnetic units 26U are combined. , 26L can be installed in the support case 21.
  • Four fitting recesses 21a are formed in the middle of the inner surface of the support case 21 at regular intervals in the circumferential direction, and four arm portions 29b are formed in the middle of the support case 21 in the height direction.
  • a support member 29 arranged in a cross shape is disposed.
  • the support member 29 is formed by fitting the end portions of the four arm portions 29b into the four fitting recesses 21a, respectively. It is fixedly supported so as not to move at the center.
  • the number of fitting recesses 21a can be set to a plurality other than four, and the number of arm portions 29b can be set to a plurality corresponding to the fitting recesses 21a.
  • the support member 29 is a member corresponding to the lid member 19 in the first embodiment, and a cylindrical tube portion 29a is formed in the center portion of the support member 29 so as to protrude upward and downward, and the upper tube portion 29a.
  • the coils 22U and 22L formed by winding the windings in a cylindrical shape are externally fitted and fixed to the upper end portion of the lower portion and the lower end portion of the lower cylindrical portion 29a.
  • the upper and lower yokes 24U and 24L are made of a bottomed cylindrical magnetic body as in the first embodiment, and the yoke 24U of the upper magnetic unit 26U is opened in the support case 21 on the upper side of the support member 29. Is fixed to the lower end portion of the output shaft 27, and the yoke 24L of the lower magnetic unit 26L is supported in the support case 21 on the lower side of the support member 29 with the opening facing upward. 29 is arranged opposite to the yoke 24U.
  • a screw hole 24Ub is formed in the central portion of the upper wall portion 24Ua of the yoke 24U, a screw portion 27a that is screwed into the screw hole 24Ub is formed in the lower end portion of the output shaft 27, and the output shaft 27 is screwed on the screw portion 27a. It is integrally connected to the yoke 24U by being screwed into the hole 24Ub. However, the output shaft 27 and the yoke 24U can be connected by other methods such as welding.
  • a cylindrical connecting member 30 is provided between the upper and lower yokes 24U and 24L, and the upper and lower yokes 24U and 24L are connected via the connecting member 30 so as to be able to integrally reciprocate linearly in the axial direction of the output shaft 27. ing.
  • Four elongated holes 30a that are elongated in the vertical direction are formed in the middle of the connecting member 30 in the height direction at regular intervals in the circumferential direction.
  • the connecting member 30 includes a center line and a pair of facing long holes.
  • a split surface that divides the hole 30a is divided into two semicylindrical split bodies.
  • the four arm portions 29 b of the support member 29 are respectively inserted into the four long holes 30 a of the connecting member 30, and the support member 29 can move in the axial direction within the reciprocating linear motion range of the output shaft 27.
  • the connecting member 30 is internally provided.
  • any member can be adopted as long as the upper and lower yokes 24U and 24L can be integrally connected.
  • Ring-shaped guide members 31 are housed in the upper and lower portions of the support case 21, and the peripheral wall portions 24Uc and 24Lc of the upper and lower yokes 24U and 24L are guided by the guide members 31 so as to be movable in the vertical direction.
  • a yoke 24U and a pole piece 25U, an upper mover, a permanent magnet 23L, a lower mover made of a yoke 24L and a pole piece 25L, a connecting member 30 for connecting the movers, and an output shaft 27. Are guided in the support case 21 so as to be freely reciprocated linearly in the axial direction of the output shaft 27.
  • the guide member 31 any structure can be adopted as long as it can guide the upper and lower movers in the support case 21 so as to freely reciprocate linearly in the axial direction of the output shaft 27. Further, the guide member 31 is omitted, and a guide extending downward through the lower wall portion 21c of the support case 21 at the center of the lower wall portion 24La of the lower yoke 24L, as indicated by an imaginary line in FIG.
  • the shaft 32 is fixed coaxially with the output shaft 27, and the upper and lower movers are guided together with the connecting member 30 so as to be movable in the vertical direction by the output shaft 27 and the guide shaft 32.
  • the elastic member 28 will be described.
  • the upper and lower movers connected by the connecting member 30 are urged downward on the output shaft 27 between the upper wall portion 21b of the support case 21 and the upper wall portion 24Ua of the upper yoke 24U.
  • the first spring member 28a is provided in an outer fitting shape, and the upper and lower movers connected by the connecting member 30 are placed between the lower wall portion 21c of the support case 21 and the lower wall portion 24La of the lower yoke 24L on the upper side.
  • a second spring member 28b is provided for biasing the spring.
  • the output shaft 27 is biased to an intermediate position (neutral position) of the reciprocating linear motion by the spring members 28a and 28b, and is elastically held at the intermediate position.
  • the elastic member 28 may be configured to directly bias the output shaft 27 as long as the output shaft 27 is biased to an intermediate position of the reciprocating linear motion. As shown, it may be configured to indirectly bias through yokes 24U and 24L, permanent magnets 23U and 23L, pole pieces 25U and 25L, and the like.
  • the lower end portion of the peripheral wall portion 24Uc of the upper yoke 24U faces the outer peripheral surface of the upper coil 22U and is arranged in an outer fitting shape with a uniform slight gap with respect to the entire circumference of the coil 22U. ing.
  • An upper permanent magnet 23U is fixed to a central portion of the lower surface of the upper wall 24Ua of the upper yoke 24U with one magnetic pole 23Ub in close contact with the other magnetic pole 23Ua on the lower end surface of the permanent magnet 23U.
  • the cylindrical part 25Ua of the lower part of the pole piece 25U faces the inner peripheral surface of the upper coil 22U and is fitted with a small uniform gap over the entire circumference of the coil 22U. Has been.
  • the positional relationship in the height direction of the coil 22U, the yoke 24U, and the pole piece 25U is such that the central portion in the height direction of the coil 22U and the central portion in the height direction of the columnar portion 25Ua of the pole piece 25U at the intermediate position of the reciprocating linear motion.
  • the lower end portion of the pole piece 25U and the lower end portion of the peripheral wall portion 24Uc of the yoke 24U are set to have substantially the same height.
  • the thickness of the cylindrical portion 25Ua of the pole piece 25U and the length in the center line direction (length in the vertical direction) of the coil 22U can be appropriately set according to the moving distance of the reciprocating linear motion, for example, the cylindrical portion 25Ua.
  • the length (winding width) Tc of the coil 22U in the center line direction is Tp / Tp when the thickness of the cylindrical portion 25Ua is Tp. 3 ⁇ Tc ⁇ 3Tp, and preferably Tp / 2 ⁇ Tc ⁇ 2Tp.
  • the diameter of the coil 22U and the diameter of the winding constituting the coil 22U can be set to 6 to 35 mm, preferably 8 to 25 mm, for example, depending on the required brushing force.
  • the winding can use not only a round wire having a circular cross-sectional shape but also a rectangular wire having a square cross-sectional shape.
  • the number of windings constituting the coil 22U can be set according to the winding width of the winding, and the number of winding layers can be set to 1 to 10, preferably 2 to 8.
  • the specifications of the coil 22U such as the diameter of the coil 22U, the diameter of the winding, and the winding width, are the distance (magnetic gap length) between the cylindrical portion 25Ua of the pole piece 25U and the yoke 24U and the thickness of the cylindrical portion 25Ua. It can be set according to.
  • the coil 22L, the yoke 24L, and the pole piece 25L are arranged in the same manner as the coil 22U, the yoke 24U, and the pole piece 25U arranged in an inverted manner, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the coils 22U and 22L close to each other with a slight gap between the ends of the peripheral walls 24Uc and 24Lc of the yokes 24U and 24L and the pole pieces 25U and 25L facing the yokes, there is little magnetic leakage.
  • a magnetic circuit can be formed.
  • the permanent magnet 23U, the pole piece 25U, and the coil 22U are surrounded by a yoke 24U made of a magnetic material
  • the permanent magnet 23L, the pole piece 25L, and the coil 22L are surrounded by a yoke 24L made of a magnetic material.
  • the magnetic leakage can be prevented and adverse effects on other devices due to the magnetic leakage can be prevented.
  • the linear actuator body 20 is used by being incorporated in the upper part of the casing 7 of the electric toothbrush 1 in the same manner as the linear actuator body 10 of the first embodiment.
  • the current from the control unit 8 causes the coils 22U and 22L to
  • the upper mover composed of the permanent magnet 23U, the yoke 24U, and the pole piece 25U, and the lower mover composed of the permanent magnet 23L, the yoke 24L, and the pole piece 25L connect the connecting member 30.
  • the reciprocating linear motion of the replacement brush 3 in the axial direction of the output shaft 27 through the output shaft 27 in a constant stroke thus, the tooth is brushed by the cleaning head 6 using the reciprocating linear motion of the replacement brush 3 at this time.
  • the control unit 8 forms a variable magnetic field in synchronization with the two coils 22 ⁇ / b> U and 22 ⁇ / b> L, thereby generating a driving force twice that of the electric toothbrush 1 of the first embodiment on the output shaft 27.
  • the cleaning head 6 can be reciprocated linearly.
  • a pole piece 25U is attached to one magnetic pole 23Ua of the permanent magnet 23U, and this pole piece 25U is arranged with a slight gap inside the coil 22U.
  • the middle portion of the yoke 24U is closely fixed to the other magnetic pole 23Ub of the permanent magnet 23U, and the end of the yoke 24U is disposed close to the outside of the coil 22U, so that the permanent magnet 23U, the pole piece 25U, and the yoke 24U are disposed.
  • the coil 22U can form a magnetic circuit with less magnetic leakage.
  • a magnetic circuit with less magnetic leakage can be formed by the permanent magnet 23L, the pole piece 25L, the yoke 24L, and the coil 22L in the same manner as the upper magnetic unit 26U.
  • the magnetic leakage of the permanent magnets 23U and 23L can be reduced, the magnetic efficiency of the linear actuator body 20 can be increased, and the brushing force by the cleaning head 6 can be increased. Furthermore, since the yoke 24U functions as a magnetic shield for the coil 22U and the permanent magnet 23U, and the yoke 24L functions as a magnetic shield for the coil 22L and the permanent magnet 23L, magnetic leakage to the outside of the support case 21 without increasing the number of parts. Can be reduced, and adverse effects on other devices due to magnetic leakage can be prevented.
  • the permanent magnets 23U and 23L, the yokes 24U and 24L, and the pole pieces 25U and 25L reciprocate linearly together with the output shaft 27, these members can function as weights for increasing the inertial force of the output shaft 27. It is possible to increase the inertial force of the output shaft 27 and increase the brushing force by the cleaning head 6 without increasing the number of parts or increasing the weight.
  • the end portions of the peripheral wall portions 24Uc and 24Lc of the yokes 24U and 24L are bent inward and the end surfaces thereof face the coils 22U and 22L. It is a form. In this case, although the manufacturing costs of the yokes 24U and 24L are high, the magnetic flux can be concentrated from the lower ends of the yokes 24U and 24L toward the coils 22U and 22L, and the magnetic efficiency can be further increased.
  • the first spring member 28a and the second spring member 28b may be provided at an arrangement position other than that shown in FIG. 4 as long as the upper and lower movers can be elastically biased to an intermediate position of the reciprocating linear motion.
  • a first spring member 28Aa is housed between the pole piece 25U and the back end surface of the cylinder part 29a in the upper cylinder part 29a, and the lower cylinder part In 29a, 2nd spring member 28Ab can also be internally accommodated between the pole piece 25L and the back end surface of the cylinder part 29a.
  • an elastic member such as a plate spring, a disc spring, or a synthetic rubber may be employed.
  • a cylindrical support case 21B having upper and lower surfaces opened is provided, and instead of both spring members 28a and 28b, the support case 21B is provided.
  • a pair of upper and lower spring members that connect the lower end of the support case 21B and the yoke 24U, and have an annular inner peripheral portion 40a and an outer peripheral portion arranged concentrically.
  • the substantially flat annular spring member 40 is used, the inner peripheral portion 40a of the spring member 40 is fixed to the yokes 24U and 24L, and the outer peripheral portion 40b is fixed to the upper and lower end portions of the support case 21B. 4U, it is also a preferred embodiment for connecting the spring member 40 of the upper and lower pair and the support case 21B 24L.
  • the upper and lower movers are elastically held by the spring member 40 at an intermediate position of the reciprocating linear motion.
  • the guide member 31 is omitted, which is preferable because the moving resistance during the reciprocating linear motion of the mover can be reduced.
  • the arm portion 40c a cross-sectional wave shape can be adopted. Moreover, it can replace with the arm part 40c and can also provide the cyclic
  • a plurality of arms that connect the inner peripheral portion 42a and the outer peripheral portion 42b, and the annular inner peripheral portion 42a and the outer peripheral portion 42b that are concentrically arranged.
  • a substantially flat plate-shaped spring member 42 formed by connecting the both end portions of the arm portion 42c to the inner peripheral portion 42a and the outer peripheral portion 42b at a predetermined angle in the same direction with respect to the circumferential direction.
  • the inner peripheral portion 42a of the spring member 42 is fixed to the yokes 24U and 24L
  • the outer peripheral portion 42b is fixed to both upper and lower end portions of the support case 21B
  • the yokes 24U and 24L and the support case 21B are paired with upper and lower spring members.
  • Connecting at 42 is also a preferred embodiment.
  • the upper and lower movers are elastically held at the intermediate position of the reciprocating linear movement by the spring member 42, and when the upper and lower movable elements reciprocate linearly, the output of the arm portion 42c of the spring member 42 is caused by the deformation. Since the shaft 27 reciprocates with the mover around the output shaft 27, the reciprocating linear motion of the cleaning head 6 in the axial direction of the output shaft 27, and the reciprocating reciprocating motion of the cleaning head 6 about the output shaft 27 The teeth can be brushed more efficiently.
  • the output shaft 12 is driven by one magnetic unit and the case where the output shaft 27 is driven by two magnetic units 26U and 26L connected in series have been described.
  • the output shaft can be driven by three or more magnetic units, or the output shaft can be driven by a plurality of magnetic units connected in parallel. It is also possible to connect a plurality of magnetic units connected in series in parallel.
  • a pair of magnetic units 26U and 26L having the same configuration as that of the linear actuator main body 20 are arranged in series, for example, like a linear actuator main body 20C shown in FIG.
  • the four magnetic units 26U and 26L are elastically supported by the first spring member 28a and the second spring member 28b.
  • the replacement brush 3 is reciprocally linearly moved in the axial direction of the output shaft 12, but the replacement brush 3 includes a movement direction switching mechanism for switching the movement direction. It is also possible to move the brush part in the other direction.
  • the brush portion is reciprocated linearly in the front-rear direction and the left-right direction orthogonal to the output shaft 12, or the reciprocating reciprocating motion centering on the direction passing through the central portion of the brush portion and orthogonal to the output shaft 12.
  • the linear actuator body according to the present invention is applied to the drive unit of the electric toothbrush 1, but a gingiva massager can be attached instead of the replacement brush 3, or like an electric razor or a pump, It is also possible to apply the linear actuator according to the present invention as a driving means for various devices including an operating part that reciprocates linearly.

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Abstract

【課題】構造が簡単で安価に製作でき、しかも磁気漏れが少なく、部品点数を増やしたり重量を重たくしたりすることなく、大きな慣性力を得ることができるリニアアクチュエータを提供する。 【解決手段】往復直線運動自在に支持ケース１１に支持した出力軸１２と、出力軸１２を往復直線運動の中間位置側に付勢する弾性部材１３と、出力軸１２に固定した永久磁石１４と、永久磁石１４に変動磁場を作用させて、出力軸１２を往復直線運動させるコイルであって、永久磁石１４の一方の磁極に対向させて支持ケース１１に固定したコイル１５と、永久磁石１４の他方の磁極に途中部を密着固定し、永久磁石１４の外側に沿って該永久磁石１４に対して隙間をあけてコイル１５の外側まで延びて、端部をコイル１５の外側に接近配置させた磁性体からなるヨーク１６と、コイル１５に変動磁場を形成するための電源手段とを備えた。

Description

リニアアクチュエータ
　本発明は、電動歯ブラシや歯肉マッサージャー、電気カミソリやポンプなどのように、往復直線運動する作動部を備えた各種機器の駆動手段として好適に利用可能なリニアアクチュエータに関する。
　電動歯ブラシとして、複数の毛束を植設した清掃ヘッドを、毛束の植設方向と略直交する方向へ往復直線運動させるものや、毛束の植設方向を中心として反転往復運動させるものや、ケーシングとともに振動させるものなどが広く実用化されている。尚、本明細書において、反転往復運動とは、正転方向に一定角度回転した後、逆転方向に同じ角度だけ回転するという回転運動を繰り返して行う運動を意味する。
　また、清掃ヘッドを往復直線運動させるタイプの電動歯ブラシの駆動手段としては、モータの回転軸の回転運動を、出力軸の往復直線運動に変換するクランク機構などの変換手段を備えたものが、安価に製作できることから広く採用されているが、モータによる往復直線運動では清掃ヘッドの振動周波数に自ずと限界があることから、最近では清掃ヘッドの振動周波数を高めて清掃性を向上するため、永久磁石とコイルとを有するリニアアクチュエータを用いたものも実用化されている。
　リニアアクチュエータを用いた電動歯ブラシとしては、軸方向の往復動が自在に支持されているプランジャーと、該プランジャーを含む可動部を振動系とするバネ部材と、交番電流が印加されることで可動部をその共振周波数で往復駆動する電磁駆動手段と、可動部の軸回り回転を規制する規制手段とを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）
　また、軸方向に往復直線運動自在に支持されたシャフトの外周に、中心軸がシャフトの中心軸と略一致し且つ軸方向の両端面部がそれぞれ異極となった筒状の永久磁石を装着して、可動子を構成し、巻線を備えた筒状をした固定子内に上記可動子を往復直線運動自在に挿通すると共に巻線に電流を印加して可動子を往復動させるように構成した電動歯ブラシも提案されている（例えば、特許文献２参照。）
特開２００２－１７６７５８号公報 特開２００４－３４３９３１号公報
　前記特許文献１記載の電動歯ブラシでは、コイルと永久磁石とがケーシングの内側に略隙間なく設けられていることから、ケーシング外への磁気漏れにより、ペースメーカーなどの他の機器への悪影響が懸念される。それ故、磁性体からなるシールドケース内にコイル及び磁石を装填する必要があり、シールドケースを設ける分だけ、電動歯ブラシの製作コストが高くなるとともに、電動歯ブラシが重たくなって操作性が低下するという問題があった。また、この特許文献１記載の電動歯ブラシでは、少なくとも２つの磁石を必要とするなど、構造が複雑で、製作コストが高く、しかも組立性があまりよくない。また、軽量なシャフトを往復動させることから、往復動の慣性力を十分に確保できず、十分なブラッシング力を得ることができないという問題もある。
　一方、特許文献２記載の電動歯ブラシでは、清掃ヘッドとともに往復直線運動するシャフトに永久磁石を固定しているので、永久磁石に対して駆動力を発生させるための機能と、錘としての機能とを付与することが可能となり、部品点数や重量を増やすことなく、シャフトの慣性力を高めて、ブラッシング力を強く設定できる。しかし、コイルがケーシングの内側に略隙間なく配置されていることから、特許文献１記載の発明と同様に、シールドケース内にコイルを内装する必要があり、シールドケースを設けた分だけ、電動歯ブラシの製作コストが高くなるとともに、電動歯ブラシが重たくなって操作性が低下するという問題を有している。
　本発明の目的は、構造が簡単で安価に製作でき、しかも磁気漏れが少なく、部品点数を増やしたり重量を重たくしたりすることなく、大きな慣性力を得ることができるリニアアクチュエータを提供することである。
　本発明に係るリニアアクチュエータは、往復直線運動自在に固定側部材に支持した出力部材と、前記出力部材を前記往復直線運動の中間位置側に付勢する弾性部材と、前記出力部材に固定した永久磁石と、前記永久磁石に変動磁場を作用させて、前記出力部材を往復直線運動させるコイルであって、前記永久磁石の一方の磁極に対向させて前記固定側部材に固定したコイルと、前記永久磁石の他方の磁極に途中部を密着固定し、永久磁石の外側に沿って該永久磁石に対して隙間をあけて前記コイルの外側まで延びて、端部を前記コイルの外側に接近配置させた磁性体からなるヨークと、前記コイルに変動磁場を形成するための電源手段とを備えたものである。前記ヨークは、前記永久磁石及びコイルの外側の略全体を覆うように設けることができ、これにより永久磁石及びコイルから外部への磁気漏れを一層効果的に防止することができる。また、前記ヨークの端部は前記コイル開口部の一方の端部から他方の端部までの範囲内に位置させることもできる。その中でも、前記ヨークの端部は、前記コイルの中心線方向の長さ（巻幅）の中央部と前記永久磁石より離れた側の端部との間に位置させることが好ましい。そうすることにより、前記ヨークにより形成される磁束（磁力）を効率よく利用することができる。
　このリニアアクチュエータでは、ヨークの途中部を永久磁石の他方の磁極に密着固定し、ヨークの端部をコイルの外側に接近配置させることで、永久磁石の他方の磁極からコイルに至るまでの磁気回路をヨークにより形成できるので、永久磁石の磁気漏れを少なくして、リニアアクチュエータの磁気効率を高めることができる。前記途中部とは、開口部を有する有底筒状、いわゆる壺状の形状のヨークであって、その底部内側の部分をいう。また、ヨークがコイル及び永久磁石の磁気シールドとして機能するので、部品点数を増やすことなく、コイル及び永久磁石から外部への磁気漏れを少なくでき、磁気漏れによる他の機器への悪影響を未然に防止できる。更に、永久磁石を出力部材に固定しているので、永久磁石を、出力部材の慣性力を高めるための錘として機能させることができ、部品点数を増やしたり重量を増やしたりすることなく、出力部材の慣性力を高めることができる。このため、このリニアアクチュエータを、例えば電動歯ブラシの清掃ヘッドを往復直線運動させるための駆動手段として用いると、部品点数を増やしたり重量を増やしたりすることなく、清掃ヘッドによるブラッシング力を高めることができる。
　ここで、前記出力部材に前記永久磁石を相互に間隔をあけて複数設け、前記複数の永久磁石に対応させて前記コイルを複数設け、前記電源手段により前記複数のコイルを同期駆動することが好ましい実施の形態である。この場合には、永久磁石及びコイルの個数を増やすことで出力部材の駆動力を高めることができる。永久磁石及びコイルは、複数組を並列状に配置することもできるし、直列状に配置することもできる。
　前記出力部材に１対の前記永久磁石を相互に間隔をあけて前記出力部材と同軸上に設け、前記１対の永久磁石に対応させて１対の前記コイルを前記出力部材と同軸上に設け、前記電源手段により前記１対のコイルを同期駆動することも好ましい。この場合には、出力部材の半径方向に対するリニアアクチュエータの寸法を大きくすることなく、永久磁石及びコイルをそれぞれ１対設けて、出力部材の駆動力を高めることができる。例えば、電動歯ブラシでは、手で持ちやすい大きさに構成する必要があるが、本発明では出力部材の半径方向に対するリニアアクチュエータの寸法を大きくすることなく、駆動力を高めることができるので、電動歯ブラシのハンドリング性を高めつつ、十分なブラッシング力を確保することが可能となる。
　前記永久磁石の一方の磁極に磁路形成部材を密着固定して、前記磁路形成部材を環状のコイルの略中央部にコイルに接近させて配置することもできる。このように構成することで、永久磁石の一方の磁極からコイルに至る磁気回路での磁気漏れを少なくして、リニアアクチュエータの磁気効率を一層高めることができる。磁路形成部材とは、鉄材、ケイ素鋼板またはフェライト等の磁性材料からなる部材であって、その中でも鉄材を用いることが好ましい。
　前記出力部材の往復直線運動により、前記出力部材が反転往復運動するように、前記出力部材を、前記固定側部材に対して前記弾性部材により弾性支持することもできる。この場合には、簡単な構成で、駆動力の無駄が殆ど発生しないようにしつつ、出力部材を反転往復運動させることができる。例えば、電動歯ブラシでは、清掃ヘッドを毛束の植設方向に対して直交する方向に往復直線運動させながら、該直交する方向を中心として反転往復運動できるので、歯面や歯間の清掃性を向上する上で好ましい。
　本発明に係る電動歯ブラシは、ハンドルを兼ねるケーシングと、前記ケーシングに内装した前述した本発明に係るリニアアクチュエータと、前記ケーシングから外部へ突出するリニアアクチュエータの出力部材の端部に着脱自在に取付けた替えブラシとを備えたものである。
　この電動歯ブラシでは、前記リニアアクチュエータを用いているので、前記と同様の作用効果を得ることができる。即ち、ヨークの途中部を永久磁石の他方の磁極に密着固定し、ヨークの端部をコイルの外側に接近配置させることで、永久磁石の他方の磁極からコイルに至るまでの磁気回路をヨークにより形成できるので、永久磁石の磁気漏れを少なくして、リニアアクチュエータの磁気効率を高めることができる。また、ヨークがコイル及び永久磁石の磁気シールドとして機能するので、部品点数を増やすことなく、コイル及び永久磁石からケーシング外への磁気漏れを少なくでき、磁気漏れによる他の機器への悪影響を未然に防止できる。更に、永久磁石を出力部材に固定しているので、永久磁石を、出力部材の慣性力を高めるための錘として機能させることができ、部品点数を増やしたり重量を増やしたりすることなく、清掃ヘッドによるブラッシング力を高めることができる。
　本発明に係るリニアアクチュエータによれば、ヨークの途中部を永久磁石の他方の磁極に密着固定し、ヨークの端部をコイルの外側に接近配置させることで、永久磁石の他方の磁極からコイルに至るまでの磁気回路をヨークにより形成できるので、永久磁石の磁気漏れを少なくして、リニアアクチュエータの磁気効率を高めることができる。また、ヨークがコイル及び永久磁石の磁気シールドとして機能するので、部品点数を増やすことなく、コイル及び永久磁石から外部への磁気漏れを少なくでき、磁気漏れによる他の機器への悪影響を未然に防止できる。更に、永久磁石を出力部材に固定しているので、永久磁石を、出力部材の慣性力を高めるための錘として機能させることができ、部品点数を増やしたり重量を増やしたりすることなく、出力部材の慣性力を高めることができる。このため、このリニアアクチュエータを、例えば電動歯ブラシの清掃ヘッドを往復直線運動させるための駆動手段として用いると、部品点数を増やしたり重量を増やしたりすることなく、清掃ヘッドによるブラッシング力を高めることができる。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、本実施の形態は、本発明に係るリニアアクチュエータを電動歯ブラシに適用した場合のものである。
（第１実施形態）
　図１、図２に示すように、電動歯ブラシ１は、電動歯ブラシ本体２と、電動歯ブラシ本体２の出力軸（出力部材に相当する）１２に着脱自在に取付けた替えブラシ３とを備え、替えブラシ３を出力軸１２とともに、出力軸１２の軸方向に往復直線運動させながら歯をブラッシングできるように構成したものである。
　替えブラシ３は、先端部に植毛台４ａを有する短尺な棒状の本体部材４と、複数のフィラメントを束ねてなる複数の毛束５とを有し、植毛台４ａに毛束５を植設してなる清掃ヘッド６により歯をブラッシングできるようになした周知の構成のものである。フィラメントとしては、先端部を尖鋭に形成したものや、先端部を半球状に形成したものや、先端部を複数の細繊維に分割したものなど、周知の構成のものを採用することができる。また、毛束５を構成するフィラメントの本数や、植毛台４ａに植設する毛束５の配列や形状、個数などについても任意に設定することができる。更に、出力軸１２に対する替えブラシ３の結合構成についても、カチット嵌合して、容易に脱落しない周知の結合構造を採用することができる。
　電動歯ブラシ本体２は、手で保持するためのハンドルを兼ねる上下方向に細長い略円筒状のケーシング７と、ケーシング７の上部内に組み込んだリニアアクチュエータ本体１０と、ケーシング７の途中部内に組み込んだ制御ユニット８と、ケーシング７の下部内に装填した電池９とを有している。尚、リニアアクチュエータは、リニアアクチュエータ本体１０と制御ユニット８と電池９とで構成され、また電源手段は、制御ユニット８と電池９とで構成される。
　電池９としては、一次電池又は二次電池を好適に採用できる。一次電池を採用する場合には、電池９を交換できるようにケーシング７を構成することになる。また、２次電池を採用する場合には、消費者が容易には電池９を交換できないように、ケーシング７に電池９を内装し、有接点或いは無接点で電池９を充電するように構成することになる。二次電池としては、ニッカド電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などを採用できる。ただし、電池９に代えて、家庭用の交流電源などの外部電源を利用することもできる。
　リニアアクチュエータ本体１０は、ケーシング７の上部内に組み込んだ固定側部材としての支持ケース１１と、ケーシング７及び支持ケース１１の上壁部７ａ、１１ａを貫通して往復直線運動自在に上方へ延びる出力軸１２と、出力軸１２を往復直線運動の中間位置側に付勢する弾性部材１３と、出力軸１２に固定した永久磁石１４と、永久磁石１４に変動磁場を作用させて、出力軸１２を往復直線運動させるコイル１５であって、永久磁石１４の一方の磁極１４ａに対向させて支持ケース１１に固定したコイル１５と、永久磁石１４の他方の磁極１４ｂに途中部を密着固定し、永久磁石１４の外側に沿って永久磁石１４に対して隙間をあけてコイル１５の外側まで延びて、端部を前記コイル１５の外側に接近配置させた磁性体からなるヨーク１６を備え、コイル１５を支持ケース１１に固定し、永久磁石１４とヨーク１６と後述の磁路形成部材としてのポールピース１７とからなる可動子で、出力軸１２を介して替えブラシ３を往復直線運動するように構成したものである。ただし、弾性部材１３は、出力軸１２を往復直線運動の中間位置に付勢するように設けてあれば、出力軸１２を直接的に付勢するように構成してもよいし、図１、図２に示すように、永久磁石１４やヨーク１６やポールピース１７などを介して、出力軸１２を間接的に付勢するように構成することもできる。
　このときリニアアクチュエータ本体１０の大きさとしては、外径が１５～４０ｍｍであって、好ましくは２５～３５ｍｍであり、出力軸１２を除いた部分の高さが３０～１００ｍｍであって、好ましくは５０～７０ｍｍである。また、出力軸１２の往復直線運動による移動距離は０．３～５ｍｍであって、好ましくは０．５～１ｍｍである。
　支持ケース１１は下端を開放させた有底円筒状の支持ケース本体１８と、支持ケース本体１８の下端開口部を閉鎖すべく支持ケース本体１８の下端部に固定した蓋部材１９とで構成されている。蓋部材１９の中央部には上方へ延びる円筒状の筒部１９ａが一体的に形成され、筒部１９ａの上部には巻線を巻装することで円筒状のコイル１５が外嵌状に設けられている。本発明では、後述のようにヨーク１６により、外部への磁気漏れが抑制されるので、支持ケース１１は、非磁性体からなる軽量な合成樹脂材料で構成することができる。このため、支持ケース本体１８を省略して、電動歯ブラシ１のケーシング７の上部を支持ケース本体１８として活用することも可能である。
　出力軸１２は、ケーシング７及び支持ケース１１の上壁部７ａ、１１ａを貫通して上下方向に移動自在に設けられ、上端部はケーシング７から上方へ突出され、下端部は支持ケース１１内に配置されている。ケーシング７の上端部と出力軸１２の上端近傍部間には両者の摺動部分を覆うゴムカバー２ａが設けられ、このゴムカバー２ａにより、出力軸１２とケーシング７との摺動部分からケーシング７内への水等の浸入が阻止されるように構成されている。
　支持ケース１１内には有底円筒状の磁性体からなるヨーク１６が、開口を下側へ向けて上下移動自在に設けられ、ヨーク１６の上壁部１６ａの中央部にはネジ孔１６ｂが形成され、出力軸１２の下端部にはネジ孔１６ｂに螺合するネジ部１２ａが形成され、出力軸１２はネジ部１２ａをネジ孔１６ｂに螺合させることでヨーク１６に一体的に連結されている。ただし、出力軸１２とヨーク１６との連結は、溶接などの他の方法により行なうことも可能である。
　ヨーク１６の略円板状の上壁部１６ａの下面には永久磁石１４が他方の磁極１４ｂを密着させて固定され、ヨーク１６の上壁部１６ａの外周部には永久磁石１４に対して隙間をあけて永久磁石１４の外側を取り囲むように下方へ延びる略円筒状の周壁部１６ｃが永久磁石１４と同心状に形成され、ヨーク１６の周壁部１６ｃの下端部は僅かな隙間が全周にわたって一様に形成されるようにコイル１５に外嵌されている。永久磁石１４の一方の磁極１４ａには円板状のポールピース１７が密着固定され、ポールピース１７は僅かな隙間が全周にわたって一様に形成されるようにコイル１５に内嵌されている。このようにヨーク１６の周壁部１６ｃの端部とそれに対面するポールピース１７間にコイル１５を配置することで、磁力漏れの少ない磁気回路を形成することができる。しかも、永久磁石１４とポールピース１７とコイル１５とを磁性体からなるヨーク１６で取り囲むので、支持ケース１１外への磁気漏れを防止して、磁気漏れによる他の機器への悪影響を防止することができる。
　コイル１５とヨーク１６とポールピース１７の高さ方向の位置関係は、往復直線運動の中間位置において、コイル１５の高さ方向の中央部とポールピース１７の高さ方向の中央部とが略同じ高さになり、ポールピース１７の下端部とヨーク１６の周壁部１６ｃの下端部とが略同じ高さになるように設定することになる。ポールピース１７の厚さ及びコイル１５の中心線方向の長さ（上下方向の長さ）は、往復直線運動の移動距離に応じて適宜に設定することができ、例えばポールピース１７の厚さは３～２０ｍｍで、好ましくは３～１０ｍｍに設定でき、コイル１５の中心線方向の長さ（巻幅）Ｔｃは、このポールピース１７の厚さをＴｐとしたときに、Ｔｐ／３≦Ｔｃ≦３Ｔｐで、好ましくはＴｐ／２≦Ｔｃ≦２Ｔｐに設定できる。また、コイル１５の直径や、コイル１５を構成する巻線の直径は、要求ブラッシング力に応じて、例えばコイル１５の直径は６～３５ｍｍで、好ましくは８～２５ｍｍに設定でき、巻線の直径は０．１～２ｍｍで、好ましくは０．２～１ｍｍに設定できる。なお、巻線はその断面形状が円形である丸線のみならず、断面形状が四角形である平角線も用いることができる。また、コイル１５を構成する巻線の巻数は、巻線の巻幅に応じて設定することができ、その巻層は１～１０層で、好ましくは２～８層に設定することができる。このように、コイル１５の直径、巻線の直径、巻幅等のコイル１５の仕様は、ポールピース１７とヨーク１６との間の距離（磁気ギャップ長）及びポールピース１７の厚みに応じて設定することができる。
　尚、図３に示すリニアアクチュエータ本体１０Ａのように、ヨーク１６に代えて、周壁部１６ｃの下端部に内側へ折り曲げた折曲部１６ｄを形成したヨーク１６Ａを用い、折曲部１６ｄの端面がコイル１５に対面するようにヨーク１６Ａを組み付けることも好ましい実施の形態である。この場合には、ヨーク１６Ａの製作コストは高くなるが、ヨーク１６Ａの下端部からコイル１５へ向けて磁束を集中させることができ、磁気効率を一層向上できるので好ましい。また、ヨーク１６Ａａは一部材で構成することも可能であるが、折曲部１６ａにおける成形性を高めるため、ヨーク１６の開口部よりも小径の中空部を有するリング状又は円筒状のプレートを、ヨーク１６の下端面に固定するか、或いはヨーク１６の下端部内に内嵌固定して、該プレートによって折曲部１６ａを形成することで、ヨーク１６Ａと同様の構造を得ることもできる。
　弾性部材１３について説明すると、支持ケース１１の上壁部１１ａとヨーク１６の上壁部１６ａ間において出力軸１２にはヨーク１６を下側へ付勢する第１バネ部材１３ａが外嵌状に設けられ、蓋部材１９の筒部１９ａ内にはポールピース１７を上方へ付勢する第２バネ部材１３ｂが内装されている。そして、両バネ部材１３ａ、１３ｂにより、出力軸１２が、永久磁石１４とヨーク１６とポールピース１７とからなる可動子とともに、出力軸１２の往復直線運動の中間位置（中立位置）に付勢されて、該中間位置に弾性保持されている。また、前記中間位置においてヨーク１６は、その下端部がコイル１５の下端部と略同じ高さ位置に配置されて、ヨーク１６の下端内周面がコイル１５の外面に僅かな隙間をあけて対面するように配置され、また、ポールピース１７はコイル１５の内周面の高さ方向の略中央部に僅かな隙間をあけて対面するように配置される。ただし、第１バネ部材１３ａ及び第２バネ部材１３ｂは、ヨーク１６と永久磁石１４とポールピース１７からなる可動子とともに出力軸１２を、往復直線運動の中間位置に弾性付勢できるものであれば、図１、図２に示す以外の配設位置に設けることができる。また、弾性部材１３としては、必ずしもコイルバネを用いる必要はなく、板バネや皿バネ、合成ゴムなどの弾性部材を採用することも可能である。
　制御ユニット８は、インバータ回路などにより直流を交番電流に変換する周知の構成のもので、発生した交番電流をコイル１５に印加することで、コイル１５に交番磁場を発生させるものである。ただし、コイル１５で発生する磁場は、必ずしも交番磁場である必要はなく、例えば脈流をコイル１５に印加して、変動磁場を発生させるように構成することも可能である。電動歯ブラシ１を設計する際には、例えばブラッシングに好適な清掃ヘッド６の振動数を設定し、この振動数に基づいて永久磁石１４とヨーク１６とポールピース１７と出力軸１２と替えブラシ３とからなる可動部材の固有振動数が所望の値になるように設定するとともに、該固有振動数と共振するように交番電流の周波数を設定することになる。
　この電動歯ブラシ１では、コイル１５が支持ケース１１を介して電動歯ブラシ１のケーシング７に固定されているので、制御ユニット８からの電流によりコイル１５に交番磁場が形成されると、永久磁石１４とヨーク１６とポールピース１７からなる可動子とともに、替えブラシ３が出力軸１２を介して出力軸１２の軸方向に一定のストロークで往復直線運動することになり、このときの替えブラシ３の往復直線運動を利用して清掃ヘッド６により歯をブラッシングすることになる。
　また、この電動歯ブラシ１では、永久磁石１４の一方の磁極１４ａにポールピース１７を取付けて、このポールピース１７をコイル１５の内側に僅かな隙間をあけて配置させるとともに、ヨーク１６の途中部を永久磁石１４の他方の磁極１４ｂに密着固定し、ヨーク１６の端部をコイル１５の外側に接近配置させているので、永久磁石１４とポールピース１７とヨーク１６とコイル１５とで磁力漏れの少ない磁気回路を形成することができる。このため、永久磁石１４の磁気漏れを少なくして、リニアアクチュエータ本体１０の磁気効率を高め、清掃ヘッド６によるブラッシング力を高めることができる。また、ヨーク１６がコイル１５と永久磁石１４の磁気シールドとして機能するので、部品点数を増やすことなく、ケーシング７外への磁気漏れを少なくでき、磁気漏れによる他の機器への悪影響を未然に防止できる。更に、永久磁石１４を出力軸１２に固定しているので、永久磁石１４を、出力軸１２の慣性力を高めるための錘として機能させることができ、部品点数を増やしたり重量を増やしたりすることなく、出力軸１２の慣性力を高めて、清掃ヘッド６によるブラッシング力を高めることができる。
（第２実施形態）
　次に、電動歯ブラシで利用可能な第２実施形態のリニアアクチュエータ本体について説明する。ただし、リニアアクチュエータ本体以外の構成は、前記第１実施形態と同様に構成できるので、リニアアクチュエータ本体の構成についてのみ説明する。
　図４に示すように、第２実施形態のリニアアクチュエータ本体２０は、上下両端を閉鎖した円筒状の支持ケース２１と、支持ケース２１内に上下対称に対面させて直列状に内装した２組の磁気ユニット２６Ｕ、２６Ｌであって、コイル２２Ｕと永久磁石２３Ｕとヨーク２４Ｕとポールピース２５Ｕとからなる磁気ユニット２６Ｕと、コイル２２Ｌと永久磁石２３Ｌとヨーク２４Ｌとポールピース２５Ｌとからなる磁気ユニット２６Ｌと、下端部が上側のヨーク２４Ｕの上壁部２４Ｕａに固定され、支持ケース２１の上壁部２１ａを貫通して上方へ延びる出力軸２７と、出力軸２７を往復直線運動の中間位置側に付勢する弾性部材２８と、コイル２２Ｕ、２２Ｌを支持ケース２１の高さ方向の途中部に固定支持する支持部材２９と、永久磁石２３Ｕとヨーク２４Ｕとポールピース２５Ｕからなる上側の可動子と永久磁石２３Ｌとヨーク２４Ｌとポールピース２５Ｌとからなる下側の可動子を一体的に連結する連結部材３０と、連結部材３０で連結した前記２組の可動子を、支持ケース２１に対して上下方向に往復直線運動自在に案内するガイド部材３１とを備えている。
　支持ケース２１は、上下両端部を閉鎖した円筒状の部材で構成され、中心線を含む分割面で２つの分割体に分割構成され、２つの分割体を組み合わせることで、２組の磁気ユニット２６Ｕ、２６Ｌを支持ケース２１に内装できるように構成されている。支持ケース２１の内面の高さ方向の途中部には周方向に一定間隔あけて４つの嵌合凹部２１ａが形成され、支持ケース２１の高さ方向の途中部には４本のアーム部２９ｂを十文字状に配置してなる支持部材２９が配置され、支持部材２９は４本のアーム部２９ｂの端部を４つの嵌合凹部２１ａにそれぞれ嵌合させて、支持ケース２１の高さ方向の略中央部に移動不能に固定支持されている。なお、嵌合凹部２１ａの個数を４つ以外の複数個に設定し、アーム部２９ｂの本数を嵌合凹部２１ａに応じた複数本に設定することができる。
　この支持部材２９は、前記第１実施形態における蓋部材１９に対応する部材で、支持部材２９の中央部には円筒状の筒部２９ａが上下両側へ突出状に形成され、上側の筒部２９ａの上端部と下側の筒部２９ａの下端部とには巻線を円筒状に巻装してなるコイル２２Ｕ、２２Ｌが外嵌固定されている。
　上下のヨーク２４Ｕ、２４Ｌは、前記第１実施形態と同様に有底円筒状の磁性体で構成され、上側の磁気ユニット２６Ｕのヨーク２４Ｕは、支持部材２９の上側の支持ケース２１内において、開口を下側へ向けて、出力軸２７の下端部に固定され、下側の磁気ユニット２６Ｌのヨーク２４Ｌは、支持部材２９の下側の支持ケース２１内において、開口を上側へ向けて、支持部材２９を挟んでヨーク２４Ｕと対向状に配置されている。
　ヨーク２４Ｕの上壁部２４Ｕａの中央部にはネジ孔２４Ｕｂが形成され、出力軸２７の下端部にはネジ孔２４Ｕｂに螺合するネジ部２７ａが形成され、出力軸２７はネジ部２７ａをネジ孔２４Ｕｂに螺合させることでヨーク２４Ｕに一体的に連結されている。ただし、出力軸２７とヨーク２４Ｕとの連結は、溶接などの他の方法により行なうことも可能である。
　上下のヨーク２４Ｕ、２４Ｌ間には円筒状の連結部材３０が設けられ、上下のヨーク２４Ｕ、２４Ｌは連結部材３０を介して出力軸２７の軸方向に一体的に往復直線運動できるように連結されている。連結部材３０の高さ方向の途中部には上下方向に細長い４つの長孔３０ａが周方向に一定の間隔をあけて形成され、連結部材３０はその中心線を含み且つ対面する１対の長孔３０ａを分割する分割面で２つの半円筒状の分割体に分割構成されている。支持部材２９の４本のアーム部２９ｂは、その途中部が連結部材３０の４つの長孔３０ａにそれぞれ挿通され、支持部材２９は、出力軸２７の往復直線運動範囲内において軸方向に移動できるように連結部材３０に内装されている。尚、連結部材３０としては、上下のヨーク２４Ｕ、２４Ｌを一体的に連結可能なものであれば任意の構成のものを採用することができる。
　支持ケース２１の上部と下部にはリング状のガイド部材３１が内装され、このガイド部材３１で上下のヨーク２４Ｕ、２４Ｌの周壁部２４Ｕｃ、２４Ｌｃが上下方向に移動自在に案内されて、永久磁石２３Ｕとヨーク２４Ｕとポールピース２５Ｕとからなる上側の可動子と、永久磁石２３Ｌとヨーク２４Ｌとポールピース２５Ｌとからなる下側の可動子と、両可動子を連結する連結部材３０と、出力軸２７とが、支持ケース２１内において一体的に出力軸２７の軸方向に往復直線運動自在に案内されている。ただし、ガイド部材３１としては、支持ケース２１内において上下の可動子を、出力軸２７の軸方向に往復直線運動自在に案内できるものであれば、任意の構成のものを採用することができる。また、ガイド部材３１を省略して、図４に仮想線で示すように、下側のヨーク２４Ｌの下壁部２４Ｌａの中央部に支持ケース２１の下壁部２１ｃを貫通して下方へ延びるガイド軸３２を出力軸２７と同軸状に固定し、出力軸２７とガイド軸３２とで、上下の可動子を連結部材３０とともに上下方向に移動自在に案内することも好ましい実施の形態である。
　弾性部材２８について説明すると、支持ケース２１の上壁部２１ｂと上側のヨーク２４Ｕの上壁部２４Ｕａ間において出力軸２７には、連結部材３０で連結された上下の可動子を下側へ付勢する第１バネ部材２８ａが外嵌状に設けられ、支持ケース２１の下壁部２１ｃと下側のヨーク２４Ｌの下壁部２４Ｌａ間には、連結部材３０で連結された上下の可動子を上側へ付勢する第２バネ部材２８ｂが設けられている。そして、両バネ部材２８ａ、２８ｂにより出力軸２７は、往復直線運動の中間位置（中立位置）に付勢されて、該中間位置に弾性保持されている。ただし、弾性部材２８は、出力軸２７を往復直線運動の中間位置に付勢するように設けてあれば、出力軸２７を直接的に付勢するように構成してもよいし、図４に示すように、ヨーク２４Ｕ、２４Ｌや永久磁石２３Ｕ、２３Ｌやポールピース２５Ｕ、２５Ｌなどを介して間接的に付勢するように構成することもできる。
　上側のヨーク２４Ｕの周壁部２４Ｕｃの下端部は、上側のコイル２２Ｕの外周面に対面させて、該コイル２２Ｕに対してその全周にわたって一様な僅かな隙間をあけて外嵌状に配置されている。上側のヨーク２４Ｕの上壁部２４Ｕａの下面の中央部には上側の永久磁石２３Ｕが一方の磁極２３Ｕｂを密着させて固定され、該永久磁石２３Ｕの下端面の他方の磁極２３Ｕａにはポールピース２５Ｕが密着固定され、ポールピース２５Ｕの下部の円柱部２５Ｕａは、上側のコイル２２Ｕの内周面に対面させて、該コイル２２Ｕに対してその全周にわたって一様な僅かな隙間をあけて内嵌されている。
　コイル２２Ｕとヨーク２４Ｕとポールピース２５Ｕの高さ方向の位置関係は、往復直線運動の中間位置において、コイル２２Ｕの高さ方向の中央部とポールピース２５Ｕの円柱部２５Ｕａの高さ方向の中央部とが略同じ高さになり、ポールピース２５Ｕの下端部とヨーク２４Ｕの周壁部２４Ｕｃの下端部とが略同じ高さになるように設定することになる。ポールピース２５Ｕの円柱部２５Ｕａの厚さ及びコイル２２Ｕの中心線方向の長さ（上下方向の長さ）は、往復直線運動の移動距離に応じて適宜に設定することができ、例えば円柱部２５Ｕａの厚さは３～２０ｍｍで、好ましくは３～１０ｍｍに設定でき、コイル２２Ｕの中心線方向の長さ（巻幅）Ｔｃは、この円柱部２５Ｕａの厚さをＴｐとしたときに、Ｔｐ／３≦Ｔｃ≦３Ｔｐで、好ましくはＴｐ／２≦Ｔｃ≦２Ｔｐに設定できる。また、コイル２２Ｕの直径や、コイル２２Ｕを構成する巻線の直径は、要求ブラッシング力に応じて、例えばコイル２２Ｕの直径は６～３５ｍｍで、好ましくは８～２５ｍｍに設定でき、巻線の直径は０．１～２ｍｍで、好ましくは０．２～１ｍｍに設定できる。なお、巻線はその断面形状が円形である丸線のみならず、断面形状が四角形である平角線も用いることができる。また、コイル２２Ｕを構成する巻線の巻数は、巻線の巻幅に応じて設定することができ、その巻層は１～１０層で、好ましくは２～８層に設定することができる。このように、コイル２２Ｕの直径、巻線の直径、巻幅等のコイル２２Ｕの仕様は、ポールピース２５Ｕの円柱部２５Ｕａとヨーク２４Ｕとの間の距離（磁気ギャップ長）及び円柱部２５Ｕａの厚みに応じて設定することができる。尚、コイル２２Ｌとヨーク２４Ｌとポールピース２５Ｌは、前記コイル２２Ｕとヨーク２４Ｕとポールピース２５Ｕを倒立状に配置させたものと同様に配置されているので、その詳細な説明を省略する。
　このようにヨーク２４Ｕ、２４Ｌの周壁部２４Ｕｃ、２４Ｌｃの端部と、それに対面するポールピース２５Ｕ、２５Ｌ間に、コイル２２Ｕ、２２Ｌを僅かな隙間をあけて接近配置することで、磁力漏れの少ない磁気回路を形成することができる。しかも、永久磁石２３Ｕとポールピース２５Ｕとコイル２２Ｕとを磁性体からなるヨーク２４Ｕで取り囲み、永久磁石２３Ｌとポールピース２５Ｌとコイル２２Ｌとを磁性体からなるヨーク２４Ｌで取り囲むので、支持ケース２１外への磁気漏れを防止して、磁気漏れによる他の機器への悪影響を防止することができる。
　このリニアアクチュエータ本体２０は、前記第１実施形態のリニアアクチュエータ本体１０と同様に、電動歯ブラシ１のケーシング７の上部内に組み込んで用いることになる。また、このように組み込んだ状態で、コイル２２Ｕ、２２Ｌが支持部材２９及び支持ケース２１を介して電動歯ブラシ１のケーシング７に固定されているので、制御ユニット８からの電流によりコイル２２Ｕ、２２Ｌに交番磁場が形成されると、永久磁石２３Ｕとヨーク２４Ｕとポールピース２５Ｕからなる上側の可動子と、永久磁石２３Ｌとヨーク２４Ｌとポールピース２５Ｌからなる下側の可動子とが、連結部材３０を介して一体的に出力軸２７の軸方向に一定のストロークで往復直線運動し、これにより替えブラシ３が、出力軸２７を介して出力軸２７の軸方向に、一定のストロークで往復直線運動することになり、このときの替えブラシ３の往復直線運動を利用して、清掃ヘッド６により歯をブラッシングすることになる。
　リニアアクチュエータ本体２０では、制御ユニット８により、２つのコイル２２Ｕ、２２Ｌに対して同期して変動磁場を形成することで、前記第１実施形態の電動歯ブラシ１の２倍の駆動力を出力軸２７に作用させて、清掃ヘッド６を往復直線運動させることができる。また、このリニアアクチュエータ本体２０では、上側の磁気ユニット２６Ｕに関しては、永久磁石２３Ｕの一方の磁極２３Ｕａにポールピース２５Ｕを取付けて、このポールピース２５Ｕをコイル２２Ｕの内側に僅かな隙間をあけて配置させるとともに、ヨーク２４Ｕの途中部を永久磁石２３Ｕの他方の磁極２３Ｕｂに密着固定し、ヨーク２４Ｕの端部をコイル２２Ｕの外側に接近配置させているので、永久磁石２３Ｕとポールピース２５Ｕとヨーク２４Ｕとコイル２２Ｕとで磁力漏れの少ない磁気回路を形成することができる。また、下側の磁気ユニット２６Ｌに関しても、上側の磁気ユニット２６Ｕと同様にして、永久磁石２３Ｌとポールピース２５Ｌとヨーク２４Ｌとコイル２２Ｌとで、磁力漏れの少ない磁気回路を形成することができる。このため、永久磁石２３Ｕ、２３Ｌの磁気漏れを少なくして、リニアアクチュエータ本体２０の磁気効率を高め、清掃ヘッド６によるブラッシング力を高めることができる。更に、ヨーク２４Ｕがコイル２２Ｕと永久磁石２３Ｕの磁気シールドとして機能し、ヨーク２４Ｌがコイル２２Ｌと永久磁石２３Ｌの磁気シールドとして機能するので、部品点数を増やすことなく、支持ケース２１外への磁気漏れを少なくでき、磁気漏れによる他の機器への悪影響を未然に防止できる。更にまた、永久磁石２３Ｕ、２３Ｌとヨーク２４Ｕ、２４Ｌとポールピース２５Ｕ、２５Ｌが出力軸２７とともに往復直線運動するので、これらの部材を出力軸２７の慣性力を高めるための錘として機能させることができ、部品点数を増やしたり重量を増やしたりすることなく、出力軸２７の慣性力を高めて、清掃ヘッド６によるブラッシング力を高めることができる。
　次に、前記第２実施形態のリニアアクチュエータ本体２０の構成を部分的に変更した他の実施の形態について説明する。尚、前記第２実施形態のリニアアクチュエータ本体２０と同一部材には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
（１）図３に示すリニアアクチュエータ本体１０Ａと同様に、ヨーク２４Ｕ、２４Ｌの周壁部２４Ｕｃ、２４Ｌｃの端部を内側へ折曲させて、その端面をコイル２２Ｕ、２２Ｌに対面させることも好ましい実施の形態である。この場合には、ヨーク２４Ｕ、２４Ｌの製作コストは高くなるが、ヨーク２４Ｕ、２４Ｌの下端部からコイル２２Ｕ、２２Ｌへ向けて磁束を集中させることができ、磁気効率を一層高めることができる。
（２）第１バネ部材２８ａ及び第２バネ部材２８ｂは、上下の可動子を往復直線運動の中間位置に弾性付勢できるものであれば、図４に示す以外の配設位置に設けることも可能で、例えば図５に示すリニアアクチュエータ本体２０Ａのように、上側の筒部２９ａ内において、ポールピース２５Ｕと筒部２９ａの奥端面間に第１バネ部材２８Ａａを内装し、下側の筒部２９ａ内において、ポールピース２５Ｌと筒部２９ａの奥端面間に第２バネ部材２８Ａｂを内装することもできる。
（３）弾性部材２８としては、必ずしもコイルバネを用いる必要はなく、板バネや皿バネ、合成ゴムなどの弾性部材を採用することも可能である。例えば、図６、図７に示すリニアアクチュエータ本体２０Ｂのように、支持ケース２１に代えて上下両面を開放した円筒状の支持ケース２１Ｂを設け、両バネ部材２８ａ、２８ｂに代えて、支持ケース２１Ｂの上端部とヨーク２４Ｕとを連結するとともに、支持ケース２１Ｂの下端部とヨーク２４Ｕとを連結する上下１対のバネ部材であって、同心状に配置される環状の内周部４０ａ及び外周部４０ｂと、内周部４０ａと外周部４０ｂとを接続する複数本の断面円弧状のアーム部４０ｃとを有し、アーム部４０ｃの両端部を内周部４０ａと外周部４２ｂとに接続してなる略平板環状のバネ部材４０を用い、このバネ部材４０の内周部４０ａをヨーク２４Ｕ、２４Ｌに固定し、外周部４０ｂを支持ケース２１Ｂの上下両端部に固定して、ヨーク２４Ｕ、２４Ｌと支持ケース２１Ｂとを上下１対のバネ部材４０で連結することも好ましい実施の形態である。このリニアアクチュエータ本体２０Ｂでは、バネ部材４０により、上下の可動子が往復直線運動の中間位置に弾性保持される。また、ガイド部材３１を省略して、可動子の往復直線運動時における移動抵抗を少なくできるので好ましい。なお、アーム部４０ｃとしては、断面波形状のものを採用することもできる。また、アーム部４０ｃに代えて、内周部４０ａと外周部４２ｂを連結する断面円弧状或いは断面波形状の連続した環状の連結部を設けることもできる。
　また、バネ部材４０に代えて、図８に示すように、同心状に配置される環状の内周部４２ａ及び外周部４２ｂと、内周部４２ａと外周部４２ｂとを接続する複数本のアーム部４２ｃとからなり、アーム部４２ｃの両端部を内周部４２ａと外周部４２ｂとに、周方向に対して同一方向へ一定角度ずらして接続してなる略平板環状のバネ部材４２を用い、このバネ部材４２の内周部４２ａをヨーク２４Ｕ、２４Ｌに固定し、外周部４２ｂを支持ケース２１Ｂの上下両端部に固定して、ヨーク２４Ｕ、２４Ｌと支持ケース２１Ｂとを上下１対のバネ部材４２で連結することも好ましい実施の形態である。この場合には、バネ部材４２により、上下の可動子が往復直線運動の中間位置に弾性保持されるとともに、上下の可動子が往復直線運動すると、バネ部材４２のアーム部４２ｃの変形により、出力軸２７が可動子とともに出力軸２７を中心として反転往復運動するので、出力軸２７の軸方向への清掃ヘッド６の往復直線運動と、出力軸２７を中心とした清掃ヘッド６の反転往復運動とにより効率的に歯をブラッシングすることができる。
　尚、本実施形態では、１つの磁気ユニットで出力軸１２を駆動する場合と、直列状に連結した２つの磁気ユニット２６Ｕ、２６Ｌで出力軸２７を駆動する場合について説明したが、直列状に連結した３つ以上の磁気ユニットで出力軸を駆動するように構成することも可能であるし、並列状に連結した複数の磁気ユニットで出力軸を駆動するように構成することも可能であるし、直列状に連結した複数の磁気ユニットを並列状に複数連結することも可能である。３つ以上の磁気ユニットを直列状に連結する場合には、例えば図９に示すリニアアクチュエータ本体２０Ｃのように、リニアアクチュエータ本体２０と同様の構成の１組の磁気ユニット２６Ｕ、２６Ｌを上下直列状に接続して、これを上下方向に細長い支持ケース２１Ｃに内装し、これら４つの磁気ユニット２６Ｕ、２６Ｌの可動子を第１バネ部材２８ａと第２バネ部材２８ｂとで弾性支持することになる。
　また、本実施形態では、替えブラシ３を出力軸１２の軸方向に往復直線運動させたが、替えブラシ３に運動方向を切替える運動方向切換機構を内装するなどして、複数の毛束５からなるブラシ部を他の方向へ運動させることも可能である。具体的には、ブラシ部を、出力軸１２に対して直交する前後方向や左右方向などに往復直線運動させたり、ブラシ部の中央部を通り出力軸１２に直交する方向を中心として反転往復運動させたり、替えブラシ３の本体部材４の途中部を中心に前後方向や左右方向などに反転往復揺動させることができる。また、ブラシ部の毛束５のみを植毛台４ａに対して、出力軸１２に直交方向に往復直線運動させることもできる。更に、本実施形態では、電動歯ブラシ１の駆動部に本発明に係るリニアアクチュエータ本体を適用したが、替えブラシ３に代えて歯肉マッサージャーを取付けることもできるし、電気カミソリやポンプなどのように、往復直線運動する作動部を備えた各種機器の駆動手段として本発明に係るリニアアクチュエータを適用することも可能である。
第１実施形態の電動歯ブラシの縦断面図 第１実施形態のリニアアクチュエータ本体の縦断面図 他の構成のリニアアクチュエータ本体の縦断面図 第２実施形態のリニアアクチュエータ本体の縦断面図 他の構成のリニアアクチュエータ本体の縦断面図 他の構成のリニアアクチュエータ本体の縦断面図 同リニアアクチュエータ本体の弾性部材の斜視図 他の構成の弾性部材の斜視図 他の構成のリニアアクチュエータ本体の縦断面図
１　　　　電動歯ブラシ　　　　　　２　　　　電動歯ブラシ本体
２ａ　　　ゴムカバー　　　　　　　３　　　　替えブラシ
４　　　　本体部材　　　　　　　　４ａ　　　植毛台
５　　　　毛束　　　　　　　　　　６　　　　清掃ヘッド
７　　　　ケーシング　　　　　　　７ａ　　　上壁部
８　　　　制御ユニット　　　　　　９　　　　電池
１０　　　リニアアクチュエータ本体
１１　　　支持ケース　　　　　　　１１ａ　　上壁部
１２　　　出力軸　　　　　　　　　１２ａ　　ネジ部
１３　　　弾性部材　　　　　　　　１３ａ　　バネ部材
１３ｂ　　バネ部材　　　　　　　　１４　　　永久磁石
１４ａ　　磁極　　　　　　　　　　１４ｂ　　磁極
１５　　　コイル　　　　　　　　　１６　　　ヨーク
１６ａ　　上壁部　　　　　　　　　１６ｂ　　ネジ孔
１６ｃ　　周壁部　　　　　　　　　１７　　　ポールピース
１８　　　支持ケース本体　　　　　１９　　　蓋部材
１９ａ　　筒部
１０Ａ　　リニアアクチュエータ本体
１６Ａ　　ヨーク　　　　　　　　　１６ｄ　　折曲部
２０　　　リニアアクチュエータ本体
２１　　　支持ケース　　　　　　　２１ａ　　嵌合凹部
２１ｂ　　上壁部　　　　　　　　　２１ｃ　　下壁部
２２Ｕ　　コイル　　　　　　　　　２３Ｕ　　永久磁石
２３Ｕａ　磁極　　　　　　　　　　２３Ｕｂ　磁極
２４Ｕ　　ヨーク　　　　　　　　　２４Ｕａ　上壁部
２４Ｕｂ　ネジ孔　　　　　　　　　２４Ｕｃ　周壁部
２５Ｕ　　ポールピース　　　　　　２５Ｕａ　円柱部
２６Ｕ　　磁気ユニット
２２Ｌ　　コイル　　　　　　　　　２３Ｌ　　永久磁石
２３Ｌａ　磁極　　　　　　　　　　２３Ｌｂ　磁極
２４Ｌ　　ヨーク　　　　　　　　　２４Ｌａ　下壁部
２４Ｌｃ　周壁部　　　　　　　　　２５Ｌ　　ポールピース
２５Ｌａ　円柱部　　　　　　　　　２６Ｌ　　磁気ユニット
２７　　　出力軸　　　　　　　　　２７ａ　　ネジ部
２８　　　弾性部材　　　　　　　　２８ａ　　第１バネ部材
２８ｂ　　第２バネ部材　　　　　　２９　　　支持部材
２９ａ　　筒部　　　　　　　　　　２９ｂ　　アーム部
３０　　　連結部材　　　　　　　　３０ａ　　長孔
３１　　　ガイド部材　　　　　　　３２　　　ガイド軸
２０Ａ　　リニアアクチュエータ本体
２８Ａａ　バネ部材　　　　　　　　２８Ａｂ　バネ部材
２０Ｂ　　リニアアクチュエータ本体
２１Ｂ　　支持ケース　　　　　　　４０　　　バネ部材
４０ａ　　内周部　　　　　　　　　４０ｂ　　外周部
４０ｃ　　アーム部
４２　　　バネ部材　　　　　　　　４２ａ　　内周部
４２ｂ　　外周部　　　　　　　　　４２ｃ　　アーム部
２０Ｃ　　リニアアクチュエータ本体
２１Ｃ　　支持ケース

                                                                                

Claims (6)

  1. 　往復直線運動自在に固定側部材に支持した出力部材と、前記出力部材を前記往復直線運動の中間位置側に付勢する弾性部材と、前記出力部材に固定した永久磁石と、前記永久磁石に変動磁場を作用させて、前記出力部材を往復直線運動させるコイルであって、前記永久磁石の一方の磁極に対向させて前記固定側部材に固定したコイルと、前記永久磁石の他方の磁極に途中部を密着固定し、永久磁石の外側に沿って該永久磁石に対して隙間をあけて前記コイルの外側まで延びて、端部を前記コイルの外側に接近配置させた磁性体からなるヨークと、前記コイルに変動磁場を形成するための電源手段と、を備えたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
  2. 　前記出力部材に前記永久磁石を相互に間隔をあけて複数設け、前記複数の永久磁石に対応させて前記コイルを複数設け、前記電源手段により前記複数のコイルを同期駆動する請求項１記載のリニアアクチュエータ。
  3. 　前記出力部材に１対の前記永久磁石を相互に間隔をあけて前記出力部材と同軸上に設け、前記１対の永久磁石に対応させて１対の前記コイルを前記出力部材と同軸上に設け、前記電源手段により前記１対のコイルを同期駆動する請求項１記載のリニアアクチュエータ。
  4. 　前記永久磁石の一方の磁極に磁路形成部材を密着固定して、前記磁路形成部材を環状のコイルの略中央部にコイルに接近させて配置した請求項１～３のいずれか１項記載のリニアアクチュエータ。
  5. 　前記出力部材の往復直線運動により、前記出力部材が反転往復運動するように、前記出力部材を、前記固定側部材に対して前記弾性部材により弾性支持した請求項１～４のいずれか１項記載のリニアアクチュエータ。
  6. 　ハンドルを兼ねるケーシングと、前記ケーシングに内装した前記請求項１～５のいずれか１項記載のリニアアクチュエータと、前記ケーシングから外部へ突出するリニアアクチュエータの出力部材の端部に着脱自在に取付けた替えブラシと、を備えたことを特徴とする電動歯ブラシ。
                                                                                      
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