JP4218413B2 - 振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ及びそれを用いた電動歯ブラシ - Google Patents
振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ及びそれを用いた電動歯ブラシ Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュ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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータの駆動力を伝動機構を介して軸方向の往復直線運動と、ローリング動作のための軸周りのローリング駆動とを歯磨き用ブラシに付与できるリニアアクチュエータを備えた電動歯ブラシが知られている（例えば、特許文献１参照）。このリニアアクチュエータは、シャフトに磁性体からなるプランジャー及びばね部材を取り付けて可動子が構成され、シールドケースの内面に固定される筒状の巻線と、巻線の巻線ボビンの軸方向両側に配置される筒状をした大径の永久磁石と、筒状のヨークとで、筒状をした固定子が構成され、巻線に交番電流を印加することで、可動子が軸方向の往復動を行なうものである。また、ばね部材の一端をシールドケースに回り止め固定し、ばね部材の他端をプランジャーに回り止め固定することで、ばね部材の軸方向の伸縮に伴って小角度の軸周り回転をプランジャーに与えるようにしており、これにより、軸方向の往復動だけでなく軸周り方向のローリング駆動も得ることが可能となっている。
【０００３】
他の従来例として、機械的な運動変換機構を用いて、軸方向の往復動と軸周り方向の往復ローリング運動の両方の動作を行なわせることが可能な電動歯ブラシが知られている（例えば、特許文献２参照）。この電動歯ブラシでは、モータの正逆の軸周り方向の切り換えによって、運動変換機構を介して軸方向の往復動と軸周り方向の往復ローリング運動の２動作を行わせるものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１７６７５８号公報
【特許文献２】
特開平９−１７３３６０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者の電動歯ブラシのリニアアクチュエータにあっては、単独で往復ローリング運動を行なうことができないものであり、しかも往復ローリング運動を行なうにあたって、ばね部材の両端をシールドケースとプランジャーとにそれぞれ回り止め固定することで、ばね部材の軸方向の伸縮に伴って小角度の軸周り回転をプランジャーに与える必要があり、このためローリング角度を決めるのにばね部材のばね定数や取り付け設計事項を考慮する必要があり、リニアアクチュエータの構造が複雑化し、コストが高くなる。そのうえ、永久磁石がプランジャーの外周に隙間を介して配設してあるので、円筒形状をした永久磁石の内径及び外径が大きくなり、永久磁石の体積が大きくなり、これに伴い永久磁石のコストが高くなり、アクチュエータのコストがより高くなるという問題がある。
【０００６】
また後者の電動歯ブラシにあっては、軸方向の往復動と軸周り方向の往復ローリング運動との動作を切り替えるための運動変換機構の機械的な仕組みが複雑化し、これに伴い電動歯ブラシが大型化し、コストアップを招くという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、往復動と往復ローリング運動の両方を得ることができ、小型で且つ低コストの振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータを提供することにあり、また、歯磨き用ブラシの軸方向の往復動と軸周り方向の往復ローリング運動の両方の動作を行なうことが可能な小型で且つ低コストの電動歯ブラシを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２は、軸方向Ｂに往復動自在に支持され且つ軸周り方向Ａに回転自在に支持されたシャフト３の軸方向Ｂの一部の外周に、中心軸がシャフト３の中心軸と略一致し且つ軸方向Ｂの両端面部がそれぞれ異極となった筒状の永久磁石３４を装着して振動側可動子３６を構成すると共に上記振動側可動子３６とこの振動側可動子３６を往復動方向に支持するばね部材１３とで往復動方向の振動系を構成し、巻線３７を備えた筒状をした振動側固定子４０内に上記振動側可動子３６を往復動自在に挿通して構成された往復用リニア駆動部２Ａと、上記振動側可動子３６が設けられているシャフト３の軸方向Ｂの他の部分に永久磁石４とヨーク５とを装着してローリング側可動子６を構成すると共に上記ローリング側可動子６とこのローリング側可動子６を軸周り方向Ａに支持するばね部材１３とでローリング駆動の振動系を構成し、巻線７を備えた筒状をしたローリング側固定子１０内に上記ローリング側可動子６を備えた部分を回転自在に挿通して構成されたローリング用リニア駆動部２Ｂとを備えると共に、上記振動側固定子４０及び上記ローリング側固定子１０の各巻線７，３７に電流を印加することで、上記シャフト３が軸方向Ｂの往復動と軸周り方向Ａの往復ローリング運動とを同時に行なえるようにするための制御部３２を備え、さらに上記往復動方向の振動系とローリング駆動の振動系とに共通の吸振錘１７を設け、振動側可動子３６の往復動とローリング側可動子６の往復ローリング運動とが同時に行なわれる場合において、吸振錘１７は振動側可動子３６とは軸方向Ｂに逆位相で往復動され且つローリング側可動子６とは軸周り方向Ａに逆位相で回転駆動されるようにすることを特徴としている。
【０００９】
このような構成とすることで、１本のシャフト３の軸方向Ｂに往復用リニア駆動部２Ａとローリング用リニア駆動部２Ｂとがそれぞれ設けられるので、１本のシャフト３で軸方向Ｂの往復動と軸周り方向Ａの往復ローリング運動との２つの動作を同時に行なうことができると共に、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２全体を容易に小型且つコンパクトにできる。しかも、往復用リニア駆動部２Ａ及びローリング用リニア駆動部２Ｂのそれぞれの永久磁石４，３４は固定子１０，４０側ではなく可動子６，３６側に設けられているので、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、各駆動部２Ａ，２Ｂにおいて永久磁石４，３４をそれぞれ小型化でき、これに伴い振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２の一層の小型化、低コスト化を図ることができる。
また、吸振錘１７によって各可動子の振動量（振幅量）を多く取ることができると共に、吸振錘１７は振動側可動子３６とは軸方向Ｂに逆位相で回転するので、振動側可動子３６の軸方向Ｂの往復動をアシストできるようになり、且つ、吸振錘１７はローリング側可動子６とは軸周り方向Ａに逆位相で回転するので、ローリング側可動子６の往復ローリング運動をアシストできるようになり、軸方向Ｂの往復動と往復ローリング運動のそれぞれにおいて大きな出力を得ることが可能となる。
【００１０】
また、上記制御部３２は、振動側可動子３６の往復動とローリング側可動子６の往復ローリング運動の２つの動作を同時に行なうモードと、いずれか一方のみを行なうモードとを切り替えるための切り替え手段３３を備えているのが好ましい。
【００１１】
このような構成とすることで、動作モードを切り替えることにより使用者に適合した最適ブラッシングが可能となり、極めて便利で都合のよいものである。
【００１４】
また、上記ローリング側可動子６は、軸方向Ｂの往復動範囲内において永久磁石４とステータの磁極子１１とのギャップを一定に保つことができる長さＳ２を有しているのが好ましい。
【００１５】
このような構成とすることで、ローリング用リニア駆動部２Ｂが往復用リニア駆動部２Ａによって軸方向Ｂに往復動する場合でも、永久磁石４とステータの磁極子１１とのギャップが一定に保たれるので、ローリング側可動子６の永久磁石４は、軸方向Ｂの往復動範囲内において磁極子１１とが離反することがなく、ローリング側可動子６の往復ローリング運動を途切れることなく連続して行なうことが可能となる。
【００１６】
また、上記振動側可動子３６とこの振動側可動子３６を往復動方向に支持するばね部材１３とで往復動方向の振動系を構成し、上記ローリング側可動子６とこのローリング側可動子６を軸周り方向Ａに支持するばね部材１３とでローリング駆動の振動系を構成し、上記往復動方向の振動系のばね部材１３がローリング駆動の振動系のばね部材１３を兼用するのが好ましい。
【００１７】
このような構成とすることで、振動側可動子３６の往復動及び／又はローリング側可動子６の軸周り方向Ａのローリング駆動に伴って、ばね部材１３は伸張又は圧縮して圧縮ばね力、引っ張りばね力を振動側可動子３６及びローリング側可動子６にそれぞれ付与するようになり、往復動方向の振動系及びローリング駆動の振動系の部品数を減らすことができ、小型化且つ低コスト化が容易となる。
【００２０】
また、上記往復動方向の振動系のばね部材１３及びローリング駆動の振動系のばね部材１３をコイルバネで構成し、コイルバネの両端部の軸周り方向Ａの回転を止めるためのばね受け部材２６を備えているのが好ましい。
【００２１】
このような構成とすることで、ばね受け部材２６によってローリング側可動子６の軸周り方向Ａの回転動作に伴ってバネ力が蓄積され、可動子６の回転角度を許容範囲内に規制でき、シャフト３のローリング角度を容易に決めることができる。
【００２２】
また、上記ばね部材１３のばね受け部材２６は、各駆動部２Ａ，２Ｂの固定子１０，４０側に設けられるばね止め部２８と、各駆動部２Ａ，２Ｂの可動子６，３６側に設けられるばね止め部２９，３０とを有するのが好ましい。
【００２３】
このような構成とすることで、各駆動部２Ａ，２Ｂの固定子及び可動子を利用してばね部材１３の両端部を回り止め固定可能となり、ばね受け部材２６の部品数を削減でき、一層の小型化を図ることができると共に、各駆動部２Ａ，２Ｂの可動子が許容範囲を越えて往復動したり、軸周りに回転したりするのを防止でき、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２の駆動特性の信頼性を高めることができる。
【００２４】
また、上記振動側可動子３６とこの振動側可動子３６を往復動方向に支持するばね部材１３とで往復動方向の振動系を構成すると共に振動側固定子４０の巻線３７に電流を印加して振動側可動子３６をその共振周波数付近で往復動させる往復用リニア駆動部２Ａと、上記ローリング側可動子６とこのローリング側可動子６を軸周り方向Ａに支持するばね部材１３とでローリング駆動の振動系を構成すると共にローリング側固定子１０の巻線７に電流を印加してローリング側可動子６をその共振周波数付近で往復ローリング運動させるローリング用リニア駆動部２Ｂとを備え、上記往復用リニア駆動部２Ａ、ローリング用リニア駆動部２Ｂを駆動するにあたり、往復用リニア駆動部２Ａ又はローリング用リニア駆動部２Ｂの少なくとも一方を、該当する駆動部における共振周波数よりも低い周波数で駆動させることを特徴としている。
【００２５】
このような構成とすることで、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を駆動する際の電流の周波数を振動側可動子３６の共振周波数よりも低い周波数で且つ振動側可動子３６の共振周波数よりも低い周波数に設定した場合は、低電流で目的とする振幅で軸方向Ｂの往復動或いは往復ローリング運動を行なうことができ、特に振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２の電源が電池２１の場合において、電池２１の長寿命化を図ることができる。また、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を駆動する際の電流の周波数を振動側可動子３６の共振周波数よりも低い周波数で且つ振動側可動子３６の共振周波数よりも高い周波数に設定した場合は、高電流で目的とする振幅で軸方向Ｂの往復動を行なうことができ、大きな出力での往復動が可能となり、一方、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を駆動する際の電流の周波数を振動側可動子３６の共振周波数よりも高い周波数で且つ振動側可動子３６の共振周波数よりも低い周波数に設定した場合は、高電流で目的とする振幅で軸周り方向Ａの往復ローリング運動を行なうことができ、大きな出力での往復ローリング運動が可能となる。
【００２６】
また、上記往復動方向の振動系とローリング駆動の振動系との間に筒状の非磁性体５０を介在させるのが好ましい。
【００２７】
このような構成とすることで、共通する１本のシャフト３の軸方向Ｂに往復用リニア駆動部２Ａとローリング用リニア駆動部２Ｂを隣接して設けた場合において、両振動系の各磁束を非磁性体５０によって遮断することができ、しかも非磁性体５０を筒状にすることで、磁束を漏れなく遮断でき、これにより一方の駆動部の永久磁石の磁力の影響を他方の駆動部に影響を及ぼさないようにできて安定した磁気特性が得られ、これに伴い各駆動部２Ａ，２Ｂにおいて往復動と往復ローリング運動の２つの動作を安定して得ることができる。
【００２８】
また、本発明に係る電動歯ブラシにあっては、上記振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を駆動源とし、該振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２のシャフト３により駆動される歯磨き用ブラシ２３を備えていることを特徴としている。
【００２９】
このような構成とすることで、１本のシャフト３で２つの動作を行なうことができる振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２の該シャフト３に歯磨き用ブラシ２３を取り付けることで、歯磨き用ブラシ２３は軸方向Ｂの往復動と軸周り方向Ａの往復ローリング運動の２つの動作を同時に行なったり、切り替え手段３３によっていずれか一方の動作を行なったりすることが可能となり、使用者に適合した最適ブラッシングが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態に基づいて説明する。
【００３１】
図１には本発明の往復用リニア駆動部２Ａとローリング用リニア駆動部２Ｂとを備えた振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２の一実施形態が示してある。
【００３２】
筒状（実施形態では円筒状）をしたシールドケース１２内には、シャフト３を軸方向Ｂに往復動させるための往復用リニア駆動部２Ａと、軸周り方向Ａに往復ローリング運動させるためのローリング用リニア駆動部２Ｂとが内装されている。シャフト３の両端部はそれぞれ軸受け部２４ａ，２４ｂにて軸方向Ｂに往復動可能に且つ軸周り方向Ａに往復ローリング運動可能に支持されている。本例では、シャフト３は非磁性体で構成されている。シャフト３を非磁性体とすることでシャフト３を通しての磁束漏れがなくなり、出力損失を防止できるものである。もちろん、シャフト３の強度を高めるために磁性体で形成されてもよい。
【００３３】
先ず、往復用リニア駆動部２Ａについて説明する。シールドケース１２内には筒状をした振動側固定子４０が内装してある。振動側固定子４０は巻線３７を巻装した巻線ボビン３８の軸方向Ｂ両側に筒状をした振動側ステータ３９を設けて構成してある。
【００３４】
上記シャフト３の軸方向Ｂの一部の外周には、図５に示すように、中心軸がシャフト３の中心軸と略一致する筒状（実施形態では円筒状）をした小径の筒状の永久磁石３４が装着してあって振動側可動子３６を構成してある。この小径の筒状の永久磁石３４はシャフト３の軸方向Ｂに所定間隔を隔てて２個装着してある。筒状の永久磁石３４は軸方向Ｂの両端面部がそれぞれ異極となったものであり、更に、２個の筒状を設けたものにおいては、２つの筒状の永久磁石３４のそれぞれの軸方向Ｂの外側となる面を互いに同極となっている。つまり、図１に基づいて説明すると、図１の左側の筒状の永久磁石３４の右側の端面を仮にＮ極とすると、該左側の筒状の永久磁石３４の左側の端面がＳ極となり、右側の筒状の永久磁石３４の右側の端面がＳ極となると共に該右側の筒状の永久磁石３４の右側の端面がＮ極となとなる（また、左側の筒状の永久磁石３４の右側の端面がＳ極の場合には上記と逆となる）関係となっている。
【００３５】
このようにシャフト３に筒状の永久磁石３４を設けて構成した振動側可動子３６は筒状をした振動側固定子４０の内周側に所定のギャップを介して挿入してあり、振動側可動子３６の２個の筒状の永久磁石３４の外面は振動側固定子４０の巻線ボビン３８の軸方向Ｂにおける両側に設けた２個の筒状をした振動側ステータ３９の内面と対応する位置関係となっている。
【００３６】
振動側可動子３６を往復動方向に支持するばね部材１３が設けてあって、振動側可動子３６とばね部材１３とで往復動方向の振動系を構成してある。すなわち、筒状の永久磁石３４と軸受け部２４ａとの間にはばね部材１３が介在してあって、振動側可動子３６の往復動に伴って伸張又は圧縮して圧縮ばね力、引っ張りばね力を振動側可動子３６に付与するようになっている。
【００３７】
そして、巻線３７に電流を流していないときには筒状の永久磁石３４が振動側ステータ３９に及ぼす磁力とばね部材１３のばね力が釣り合う位置で振動側可動子３６が停止している。巻線３７に一方向の電流を流すと振動側可動子３６が一方向に移動し、巻線３７に他方向の電流を流すと逆方向に移動するものであり、このため、巻線３７に交番電流を流すことによって振動側可動子３６を軸方向Ｂに往復動させることができものであり、この場合、ばね部材１３のばね定数及び振動側可動子３６の質量で決定される共振周波数付近の交番電流を流すことで、上記往復動（往復振動）が共振状態となるようにできるものであり、これにより振動側可動子３６の振動量（振幅量）を多く取れることになる。また、図１のように、シャフト３に筒状の永久磁石３４を２つ軸方向Ｂに並設すると、２つの筒状の永久磁石３４により大きな磁束を出すことができるものである。
【００３８】
ところで、シャフト３を非磁性体により構成すると、シャフト３に装着した筒状の永久磁石３４の磁束がシャフト３側に通らず振動側ステータ３９側に有効に使用することができるものである。
【００３９】
一方、シャフト３を鉄のような磁性体で形成する場合には、シャフト３の強度が強く、振動側可動子３６の機械的強度を高めることができるが、シャフト３に装着した筒状の永久磁石３４の磁束の一部がシャフト３側に流れることになって振動側ステータ３９側に有効に利用できないことになる。したがって、このような場合には図１に示すように磁性体よりなるシャフト３と筒状の永久磁石３４とを非磁性体よりなる筒状のスペーサ部材４１を介して結合し、非磁性体よりなる筒状のスペーサ部材４１の他の部位がシャフト３と筒状のヨーク３５との間、シャフト３と筒状の鉄心４２（図３）との間に介在してある。このように、非磁性体よりなるスペーサ部材４１を介在することでシャフト３の強度を確保するためにシャフト３を磁性体としたにもかかわらず、筒状の永久磁石３４のもつ磁束がシャフト３側に通らず振動側ステータ３９側に有効に使うことができることになる。
【００４０】
また、図５に示すように筒状の永久磁石３４に隣接している筒状のヨーク３５の内周部と磁性体により形成したシャフト３外周との間に隙間４３を設け、ヨーク３５の内周部からシャフト方向に突出した突起４４をシャフト３に結合するようにしてもよく、このようにしてもシャフト３の強度を確保するためにシャフト３を磁性体としたにもかかわらず、筒状の永久磁石３４のもつ磁束がシャフト３側に通らず振動側ステータ３９側に有効に使うことができる。
【００４１】
そして、図６に示すように、ヨーク３５の内周部と磁性体により形成したシャフト３外周との間に隙間４３を設け、ヨーク３５の内周部からシャフト方向に複数の突起４４を突設してシャフト３外周面に圧接して取付けるのであるが、ヨーク３５に非磁性体よりなるばね部材１３の一端部を支持する際に、ばね止め部２９を介してばね部材１３を支持するようにしてもよい。つまり、ばね部材１３の一端部を嵌め込んで支持すると共に軸周りに回動しないように取付けた状態で、ばね受け部材２６に設けた係合突部２９ａを、ヨーク３５の内周部と磁性体により形成したシャフト３外周との間に形成される上記隙間４３に嵌め込んで、ばね受け部材２６とシャフト３に固定した振動側ヨーク３９とを係合するようにしてもよいものである。
【００４２】
次に、上記シャフト３を軸周り方向Ａに往復ローリング運動させるためのローリング用リニア駆動部２Ｂについて説明する。このローリング用リニア駆動部２Ｂは、ローリング側可動子６と筒状をしたローリング側固定子１０とを備える。
【００４３】
先ずローリング側可動子６について説明する。図１に示すように、上記往復用リニア駆動部２Ａを設けたシャフト３と同じシャフト３の軸方向Ｂの他の部分に、筒状のヨーク５と平板状の永久磁石４とを装着してローリング側可動子６が構成されている。筒状のヨーク５は図７に示すように、シャフト３に対して圧入固定されている。筒状のヨーク５は鉄材などの筒状の磁性体にて形成されており、その外周面には図８に示すように、円弧部分と直線部分とが連続する辺がｎ個（例えば４個）設けられている。なおｎは少なくとも１以上であればよい。ヨーク５の各辺の直線部分には底面が平坦なコ字状溝２５（図７）が設けられており、各コ字状溝２５内に永久磁石４を各々嵌め込むことで、永久磁石４の外面４ａとヨーク５の外面５ａとが周方向に隣接配置された状態となり、この状態で各永久磁石４の外面４ａがそれぞれ直線部分を形成し、永久磁石４相互間におけるヨーク５の各外面５ａがそれぞれ円弧部分を形成している。
【００４４】
ここでは、平板状の永久磁石４は、シャフト３の軸方向Ｂと交差する方向の外面４ａ（直線部分）と内面４ｂとが異極となるように着磁されている。つまり図８に示す４個の永久磁石４の外面４ａがすべてＮ極である場合は、ヨーク５の各外面５ａ（円弧部分）はすべてＳ極となり、逆に、４個の永久磁石４の外面４ａがすべてＳ極である場合は、ヨーク５の各外面５ａはすべてＮ極となる。
【００４５】
また、上記ヨーク５の軸方向Ｂ両側には、図１に示すように、非磁性体からなる環状のばね受け部材２６がそれぞれ装着されている。ばね受け部材２６はばね部材１３の端部を回り止め固定するものであり、図７に示すばね受け部材２６の片面に設けた複数の突起２７がヨーク５のコ字状溝２５の長手方向の端部に挿入されることによって、ばね受け部材２６はヨーク５に対して回り止め状態で装着されるようになっている。
【００４６】
一方、筒状をしたローリング側固定子１０を説明する。シールドケース１２の内周面には、図１に示すように、磁路を励磁するための巻線７が巻線ボビン８に巻回され、巻線ボビン８の軸方向Ｂ両側に筒状の磁性体からなるローリング側ステータ９をそれぞれ配設することで筒状のローリング側固定子１０が構成されており、このローリング側固定子１０内にローリング側可動子６を所定のギャップを介して回転自在に挿通することで、ローリング用リニア駆動部２Ｂの磁気回路が構成される。もちろん、ローリング側ステータ９は必ずしも巻線ボビン８の軸方向Ｂ両側に設ける必要はなく、軸方向Ｂの片側のみに設けてもよいものである。
【００４７】
各ローリング側ステータ９の内周部には、図８（ｂ）（ｃ）に示すように、ローリング側可動子６の極（永久磁石４の外面４ａ、ヨーク５の外面５ａ）と対向するようにｎ個以下の磁極子１１（例えば、４個）が設けられている。ここでは、図９に示すように、ローリング側ステータ９の磁極子１１相互間は切欠されている。すなわち、シャフト３を鉄などの磁性体で形成した場合において、磁極子１１相互間を切欠することで、シャフト３への磁束漏れを少なくでき、永久磁石４の持つ磁束をローリング側ステータ９側で有効に使用できるものとなる。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、出力を高める場合は磁極子１１の数を永久磁石４の数（４個）と同数まで増やすようにする。
【００４８】
ここで、図８（ａ）に示すように、ローリング側ステータ９を巻線ボビン８の軸方向Ｂ両側に設ける場合において、図８（ｂ）に示す一方のローリング側ステータ９の磁極子１１ａの位置と、図８（ｃ）に示す他方のローリング側ステータ９の磁極子１１ｂの位置とをローリング側可動子６の軸周り方向Ａにおいて不一致としている。また本例ではローリング側可動子６の回転初期において、一方のローリング側ステータ９の磁極子１１ａが永久磁石４の軸周り方向Ａの一端部とヨーク５との一方の接点１５ａに対向して位置し、他方のローリング側ステータ９の磁極子１１ｂが当該永久磁石４の軸周り方向Ａの他端部とヨーク５との他方の接点１５ｂに対向して位置するように設定してある。これにより、同一の永久磁石４に対する一方のローリング側ステータ９の磁極子１１ａとのギャップ、他方のローリング側ステータ９の磁極子１１ｂとのギャップが略同じとなり、ローリング側可動子６の往復ローリング運動が効率良く行なわれるようになる。すなわち、巻線７に一方向の電流を流すと永久磁石４は一方のローリング側ステータ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１１ｂからは磁気吸引力を受けることで軸周りの一方向Ａ１に大きな力で回動できるようになり、巻線７に他方向の電流を流すと当該永久磁石４は一方のローリング側ステータ９の磁極子１１ａからは磁気吸引力を受け、同時に他方の磁極子１１ｂからは磁気反発力を受けることで軸周りの他方向Ａ２に大きな力で回動できるようになる。そのうえ、永久磁石４の外面４ａとヨーク５の外面５ａとが周方向に隣接配置され、両者４ａ，４ｂは異極となっているため、磁極子１１ａ，１１ｂとヨーク５の外面５ａとの間でもローリング側可動子６を回転させる磁気力が発生する。
【００４９】
ここにおいて、上記極性の異なる永久磁石４の外面４ａとヨーク５の外面５ａとが隣接配置され、磁極子１１と永久磁石４との間にローリング側可動子６を回転させる磁気力が発生するだけでなく、磁極子１１とヨーク５の外面５ａとの間に発生する磁気力を利用してローリング側可動子６を回転させることができ、しかも、永久磁石４の外面４ａは直線部分であるため、磁極子１１との対向面積を大きく確保でき、一方、ヨーク５の外面５ａは円弧部分であるため、磁極子１１との対向面積を大きく確保しながら磁極子１１とのギャップを小さくでき、これにより、巻線７に交番電流を印加することでローリング側可動子６は初期の回転力が大となり、スムーズな往復ローリング運動を開始させることが可能となる。
【００５０】
上記巻線７が巻回される巻線ボビン８の軸方向Ｂの側面には、図９に示すように、ローリング側ステータ９を巻線ボビン８に対して軸周り方向Ａに位置決めするためのステータ位置決め部１６がそれぞれ設けられている。本例では、巻線ボビン８の軸方向Ｂの側面の周方向の複数箇所に、円弧状をした凸リブ状のステータ位置決め部１６が突設されており、ローリング側ステータ９の複数箇所に該ステータ位置決め部１６が嵌合可能な円弧状をした位置決め凹所１１７が凹設されており、各位置決め凹所１１７に各ステータ位置決め部１６を横から嵌め込むようにしてローリング側ステータ９を巻線ボビン８の軸方向Ｂ両側に取り付けた状態で、各ローリング側ステータ９をシールドケース１２の内面に対して回り止め固定する。ここでは、図１０に示すように、ローリング側ステータ９の外周部にキー溝状の嵌合部１９を設け、シールドケース１２の内面に、該嵌合部１９に嵌合してローリング側ステータ９の軸周り方向Ａの回転を規制するためのキー形状の回転規制部２０を設けてある。このように、ローリング側ステータ９の嵌合部１９にシールドケース１２の回転規制部２０を嵌め込むようにすることで、ローリング側ステータ９の軸周り方向Ａの回転をシールドケース１２によって簡単に規制できるようになり、シールドケース１２へのローリング側固定子１０の固定が容易となっている。
【００５１】
また、ローリング側可動子６は、図１に示すように、軸方向Ｂの往復動範囲内において永久磁石４とローリング側ステータ９の磁極子１１とのギャップを一定に保つことができる長さＳ２を有している。ここでは、ローリング側可動子６における永久磁石４の軸方向Ｂの中間位置と巻線ボビンの軸方向Ｂ両側に設けられる左右のローリング側ステータ９間の軸方向Ｂの中間位置とが略一致した状態で、永久磁石４の軸方向Ｂの長さＳ２が左右のローリング側ステータ９間の距離Ｓ１（＜Ｓ２）よりも長くなるように設定してある。これにより、ローリング側可動子６は、軸方向Ｂの往復動範囲内において永久磁石４と磁極子１１とが離反することがなく、常に一定のギャップを保持できるので、ローリング側可動子６の軸周り方向Ａの往復ローリング運動を途切れることなく、連続して行なえるようになっている。
【００５２】
上記のように軸方向Ｂに往復動する振動側可動子３６と、該振動側可動子３６を軸方向Ｂに支持するばね部材１３とで往復動の振動系が構成され、一方、軸周り方向Ａに所定角度で往復ローリング運動を行なうローリング側可動子６と、該ローリング側可動子６を軸周り方向Ａに支持するばね部材１３とで、ローリング駆動の振動系が構成されている。本発明では往復動方向の振動系のばね部材１３はローリング駆動の振動系のばね部材１３を兼用している。つまり、ばね部材１３は振動側可動子３６の軸方向Ｂの往復動に伴って伸張又は圧縮して圧縮ばね力、引っ張りばね力を振動側可動子３６に付与すると同時に、ローリング側可動子６の軸周り方向Ａの往復ローリング運動に伴って伸張又は圧縮して圧縮ばね力、引っ張りばね力を可動子６に付与するものであり、このばね部材１３のばね定数及び可動子６の質量とで決定される共振周波数付近の電流を流すことで各駆動部２Ａ，２Ｂにおいて振動量（振幅量）を多く取ることができるようになっている。
【００５３】
また上記両振動系のばね部材１３は、図１１に示すコイルバネからなる。本例では３つのばね部材１３，１３ａ，１３ｂを使用している。第１ばね部材１３は、図１に示すように、振動側可動子３６の一端面とシールドケース１２の一方の内側面との間に介在されており、第１ばね部材１３の一端は一方の軸受け部２４ａに対して回り止め固定されており、第１ばね部材１３の他端は図１１に示すばね受け部材２６の突起２７が設けられる面と反対側の面に設けたばね止め部２８に係合することで回り止め固定されている。さらに、ローリング側可動子６の他端面と吸振錘１７の一端面との間には第２ばね部材１３ａが介在されており、この第２ばね部材１３ａの一端は、図１１に示すばね受け部材２６に設けたばね止め部２８に係合することで回り止め固定され、第２ばね部材１３ａの他端は、吸振錘１７の一端面に設けた溝状のばね止め部２９（図１２（ｂ））に係合することで回り止め固定されている。さらに、吸振錘１７の他端面とシールドケース１２の他方の内側面との間に第３ばね部材１３ｂが介在されており、この第３ばね部材１３ｂの一端は吸振錘１７の他端面に設けた溝状のばね止め部３０（図１２（ｃ））に係合することで回り止め固定され、第３ばね部材１３ｂの他端は他方の軸受け部２４ｂに対して回り止め固定される。これら３つのばね部材１３，１３ａ，１３ｂは振動側可動子３６を軸方向Ｂに往復動可能に保持すると共に、ローリング側可動子６を軸周り方向Ａに許容範囲内で回転可能な状態で保持する働きをし、さらに、ローリング側可動子６の軸周り方向Ａの回転動作に伴ってバネ力が蓄積されることで、ローリング側可動子６のの回転角度を許容範囲内に規制して、シャフト３のローリング角度を決める働きをする。
【００５４】
また、上記往復動方向の振動系のばね部材１３及びローリング駆動の振動系のばね部材１３をそれぞれコイルバネで構成し、コイルバネの両端部の軸周り方向Ａの回転を止めるためのばね受け部材２６を設けたことにより、ローリング側可動子６の軸周り方向Ａの回転動作に伴ってバネ力が蓄積され、可動子６の回転角度を許容範囲内に規制でき、シャフト３のローリング角度を決めることが容易となる。しかも、ばね部材１３のばね受け部材２６は、各駆動部２Ａ，２Ｂの固定子１０，４０側に設けられるばね止め部と、各駆動部２Ａ，２Ｂの可動子６，３６側に設けられるばね止め部とからなるので、各駆動部２Ａ，２Ｂの固定子及び可動子を利用してばね部材１３の両端部を回り止め固定可能となり、ばね受け部材２６の部品数を削減でき、一層の小型化を図ることができると共に、各駆動部２Ａ，２Ｂの可動子が許容範囲を越えて往復動したり、軸周りに回転したりするのを防止でき、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２の駆動特性の信頼性を高めることができるものである。
【００５５】
また上記往復動方向の振動系とローリング駆動の振動系との間には、筒状の非磁性体が介在されている。これにより、共通する１本のシャフト３の軸方向Ｂに往復用リニア駆動部２Ａとローリング用リニア駆動部２Ｂを隣接して設けた場合において、両振動系の各磁束を非磁性体によって遮断することができ、しかも非磁性体を筒状にすることで、磁束を漏れなく遮断でき、これにより一方の駆動部の永久磁石の磁力の影響を他方の駆動部に影響を及ぼさないようにできて安定した磁気特性が得られ、これに伴い各駆動部２Ａ，２Ｂにおいて往復動と往復ローリング運動の２つの動作を安定して得ることができるものである。
【００５６】
さらに、上記両振動系には、図１に示すように、吸振錘１７が設けられている。吸振錐１７は略筒状をしていてシャフト３に遊びを持たせて被嵌してあり、可動子６と軸受け部２４ａとの間に位置し、後述するばね部材１３ａ，１３ｂにて軸方向Ｂに対して保持されている。吸振錘１７の重心位置Ｍを可動子６の回転軸線Ｄと同軸上に配置している。ここでは吸振錘１７は、往復動方向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、振動側可動子３６の往復動とローリング側可動子６の往復ローリング運動とが同時に行なわれる場合において、吸振錘１７は振動側可動子３６とは軸方向Ｂに逆位相で往復動され且つローリング側可動子６とは軸周り方向Ａに逆位相で回転駆動されるようになっている。これにより、吸振錘１７によって各駆動部２Ａ，２Ｂの振動量（振幅量）を多く取ることができると共に、吸振錘１７は振動側可動子３６とは軸方向Ｂに逆位相で回転するので、振動側可動子３６の軸方向Ｂの往復動をアシストできるようになり、且つ、吸振錘１７はローリング側可動子６とは軸周り方向Ａに逆位相で回転するので、ローリング側可動子６の往復ローリング運動をアシストできるようになり、軸方向Ｂの往復動と往復ローリング運動のそれぞれにおいて大きな出力を得ることが可能となる。
【００５７】
吸振錘１７の一例を図１２に示す。そして本実施形態においては、振動側固定子４０とローリング側固定子１０とシールドケース１２を固定部とし、振動側可動子３６、ローリング側可動子６の総質量、吸振錘１７の質量の２質点系の振動モデルとして取り扱うことができ、この場合、各可動子６，３６と吸振錘１７とが同位相で運動する第１次（低次側）の振動モードと、各可動子６，３６と吸振錘１７とが逆位相で運動する第２次（高次側）の振動モードとがあり、この第２次の固有振動数付近の周波数の電流を巻線７，３７に印加することで、各可動子６，３６とは逆移動の運動を行なう吸振錘１７が各可動子６，３６の慣性力をそれぞれ打ち消すものである。これにより、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のである。さらに吸振錘１７の慣性モーメントが各可動子６，３６の慣性モーメントよりも大きくなるように吸振錘１７の重量を設定すれば、各可動子６，３６の往復動及び回転方向のアシスト力がそれぞれ増大し、一層の出力アップを図ることが可能となる。さらに本例では吸振錘１７とローリング側可動子６との間に、シャフト３の軸方向Ｂと交差する方向に隙間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軸方向Ｂ及び軸周り方向Ａにそれぞれ回転駆動させる働きをする。なお、ベアリング等を介在させてもよいが、コストを低く抑えるためには隙間１８の方が好ましい。
【００５８】
ところで、上記ばね部材１３（１３ａ，１３ｂ）のみでローリング側可動子６の回転を規制する構造では、外部からシャフト３を軸周り方向Ａに許容範囲以上に回転させる力が加わったときにはシャフト３が許容範囲を越えて回転する可能性があり、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２の駆動特性に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００５９】
そこで本例では、外部からローリング側可動子６に対して軸周り方向Ａに許容範囲以上に回転させる力がかかったときにローリング側可動子６の回転を機械的に止めるためのストッパー手段１４を設けている。ここでは、図４に示すように、歯磨き用ブラシ２３が取り付けられるシャフト３の軸方向Ｂの一端部とは反対側の他端部が断面Ｄ字状をしたＤカット面１４ａとなっており、他方の軸受け部２４ｂに設けた山形状テーパー部３１に嵌め込んである。ローリング側可動子６が振幅の中立位置にあるときは、シャフト３のＤカット面１４ａは山形状テーパー部３１の斜面に当たらず、シャフト３は軸周り方向Ａに許容範囲で往復回転可能となり、シャフト３が軸周りの一方向Ａ１に許容範囲以上に回転したときはＤカット面１４ａが山形状テーパー部３１の片側斜面に当たることでシャフト３の一方向Ａ１への回転が止められ、またシャフト３が他方向Ａ２に許容範囲以上に回転したときにはＤカット面１４ａが山形状テーパー部３１の他側斜面に当たることでシャフト３の他方向Ａ２への回転が止められるようになる。これにより、シャフト３のローリング角度以上の回転が機械的に阻止されることとなり、外的付加荷重や衝撃荷重等に対して振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２の信頼性を確保できるようになっている。
【００６０】
なお、Ｄカット面１４ａは、シャフト３にヨーク５を圧入固定して組み付ける際の基準面として使用できるものである。つまり、ヨーク５のコ字状溝２５の平坦な底面２５ａ（図７）とＤカット面１４ａとが略平行となるようにヨーク５を組み付けることで、シャフト３に対するヨーク５の正規の組み付け角度を容易に決定できるようになっている。
【００６１】
上記振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２は、振動側固定子４０及びローリング側固定子１０の各巻線７，３７に電流を印加することで、シャフト３が軸方向Ｂの往復動と軸周り方向Ａの往復ローリング運動とを同時に行なえるようにするための制御部３２を備えている。さらにこの制御部３２は、図１５に示すように、振動側可動子３６の往復動とローリング側可動子６の往復ローリング運動の２つの動作を同時に行なうモードと、いずれか一方のみを行なうモードとを切り替えるための切り替え手段３３を備えている。
【００６２】
しかして、上記振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２は、共通する１本のシャフト３の軸方向Ｂの異なる位置に、往復用リニア駆動部２Ａとローリング用リニア駆動部２Ｂとが設けられるので、１本のシャフト３で軸方向Ｂの往復動と軸周り方向Ａの往復ローリング運動との２つの動作を同時に得ることが可能になると共に、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２全体を容易に小型化できる。しかも、往復用リニア駆動部２Ａ及びローリング用リニア駆動部２Ｂのそれぞれの永久磁石４，３４は固定子１０，４０側ではなく可動子６，３６側に設けられているので、従来のように大径の永久磁石をシールドケース１２の内面に配設した場合と比較して、各駆動部２Ａ，２Ｂの永久磁石４の内径及び外径が小さくなって永久磁石４の体積が小さくなり、このように永久磁石４の小型化に伴いコストが安くなり、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２のコストを低減することができる。さらに、往復用リニア駆動部２Ａに用いられる筒状をした永久磁石は、例えば軸方向Ｂの両端面が異極となった棒磁石の長手方向にわたって孔を開けたものを長手方向と直交するように輪切りにすることで、簡単にシャフト３の外周に装着するための筒状の永久磁石を形成することが可能となるものであり、一方、ローリング用リニア駆動部２Ｂに用いられる永久磁石は、例えば磁石をスライス切断するだけで、安価に製作することができ、これにより各永久磁石４，３４の構成が簡単で、製造も容易でコストも更に安価となるものである。
【００６３】
ここで、上記実施形態のものは、往復用リニア駆動部２Ａ、或いはローリング用リニア駆動部２Ｂにおいて、電圧を一定にした場合における周波数と可動子６の振幅の関係、及び、この関係における周波数と電流の関係は図１３に示すようなグラフとなる。すなわち図１３において、線イ、ロは電圧を一定にした場合における周波数と可動子６の振幅の関係を示し、線ハ、ニは周波数と電流の関係を示しており、共振周波数（図１３においてホで示す）付近の周波数の交番電流を流すことで、前述のように可動子６の振動量（振幅量）が多く取れるのであり、例えば、図１３において、共振周波数が２５０［Ｈｚ］の場合、可動子６は１．１［ｍｍ］の最大振幅となり、２５０［Ｈｚ］以下、２３０［Ｈｚ］以上の範囲（図１３において範囲ヘで示す）、及び、２５０［Ｈｚ］以上、２８０［Ｈｚ］以下の範囲では、それぞれ、０．５［ｍｍ］以上の振幅となり、この範囲内に可動子６の振幅が設定されると、ばね部材１３を利用して可動子６の振動量（振幅量）を多く取れることになる。ここで、共振周波数付近で且つ共振周波数よりも高い周波数と低い周波数との２箇所で同じ振幅が得られるが、共振周波数よりも低い周波数に設定して可動子６をローリング駆動させる場合（範囲ト内で周波数を設定した場合）は、低電流で目的とする振幅で動作させることができ、特に電源が電池２１の場合において、電池２１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（範囲ヘ内で周波数を設定した場合）は、高電流で目的とする振幅で動作させることができ、大きな出力を得ることができる。もちろん図１４は一例であり、往復用リニア駆動部２Ａの共振周波数とローリング用リニア駆動部２Ｂの共振周波数とは異なる場合もある。
【００６４】
本例では、往復用リニア駆動部２Ａとローリング用リニア駆動部２Ｂとを駆動するにあたり、往復用リニア駆動部２Ａ又はローリング用リニア駆動部２Ｂの少なくとも一方を、該当する駆動部における共振周波数よりも低い周波数で駆動させる。すなわち、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を駆動する際の電流の周波数を振動側可動子３６の共振周波数よりも低い周波数で且つ振動側可動子３６の共振周波数よりも低い周波数に設定した場合は、低電流で目的とする振幅で軸方向Ｂの往復動或いは往復ローリング運動を行なうことができ、また、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を駆動する際の電流の周波数を振動側可動子３６の共振周波数よりも低い周波数で且つ振動側可動子３６の共振周波数よりも高い周波数に設定した場合は、高電流で目的とする振幅で軸方向Ｂの往復動を行なうことができ、一方、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を駆動する際の電流の周波数を振動側可動子３６の共振周波数よりも高い周波数で且つ振動側可動子３６の共振周波数よりも低い周波数に設定した場合は、高電流で目的とする振幅で軸周り方向Ａの往復ローリング運動を行なうことができるものとなる。なお、往復用リニア駆動部２Ａ及びローリング用リニア駆動部２Ｂの両方を、それぞれ、該当する駆動部における共振周波数よりも高い周波数で駆動させるようにしてもよく、この場合は、軸方向Ｂの往復動と往復ローリング運動とが共に大きな出力で動作可能となる。
【００６５】
本発明の上記した実施形態に示す振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２は種々の駆動源として用いることができるが、その一例として例えば電動歯ブラシに用いることができる。その一例を図１４に示す。
【００６６】
電動歯ブラシの略筒状をした細長いハウジング２２内にはハウジング２２内の長手方向の略半分に上記の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２が内装してあり、ハウジング２２内の長手方向の他の略半分に電池２１が内装してある。また、このハウジング２２内には図示を省略しているが制御回路部が内装してあり、更にハウジング２２の外周面部にはスイッチが設けてある。ハウジング２２に内装した振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２のシャフト３の一端部はハウジング２２の長手方向の一端面部に露出しており、このシャフト３の一端部に歯磨き用ブラシ２３の柄部２４の長手方向の一端部を取付けてあり（柄部２４はシャフト３に固定してもよく、あるいは着脱自在に取付けてもよく、着脱自在に取付けた状態では柄部２４はシャフト３に対して軸周りには回動しないように取付ける）、柄部２４の長手方向の他端部の一側面に柄部２４の長手方向と略直交する方向に突出するブラシ部が設けてある。
【００６７】
しかして、往復用リニア駆動部２Ａ及びローリング用リニア駆動部２Ｂの各巻線７，３７に電流を印加することで、シャフト３を軸方向Ｂの往復動及び軸周り方向Ａの往復ローリング運動をさせてシャフト３に取付けた歯磨き用ブラシ２３が往復動及び往復ローリング運動を行ない、これにより歯磨きを行うものである。また、軸方向Ｂの往復動と往復ローリング運動のいずれか一方の動作モードを切り替え手段３３（図１５）によって切り替えることで、使用者に適合した最適ブラッシングが可能となる。
【００６８】
そして、上記振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を備えた電動歯ブラシにおいては、既に述べたように往復用リニア駆動部２Ａ及びローリング用リニア駆動部２Ｂの各永久磁石４，３４をそれぞれシャフト３に装着することで、低コスト化した振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を使用できるので電動歯ブラシの低コスト化が図れるものである。
【００６９】
また、本発明に係る振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ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、電気かみそりの駆動源として、さらに各種の機械制御用の駆動源として広い範囲に適用可能である。
【００７０】
【発明の効果】
上述のように本発明の請求項１記載の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータにおいては、１本のシャフトに往復用リニア駆動部とローリング用リニア駆動部とを軸方向に隣接して設けられているので、１本のシャフトで軸方向の往復動と軸周り方向の往復ローリング運動との２つの動作を同時に行なうことができる振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータの小型化を容易に図ることができる。しかも、往復用リニア駆動部及びローリング用リニア駆動部のそれぞれの永久磁石は固定子側ではなく可動子側に設けられているので、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、各駆動部において永久磁石をそれぞれ小型化でき、これに伴い振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータの一層の小型化、低コスト化を図ることができるものである。さらに、吸振錘によって振動側可動子の軸方向の往復動をアシストできるようになり、且つ、ローリング側可動子の往復ローリング運動をアシストできるようになり、軸方向の往復動と往復ローリング運動のそれぞれにおいて大きな出力を得ることが可能となる。
また本発明の請求項７記載の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータにおいては、ローリング駆動両用リニアアクチュエータの一層の小型化、低コスト化を図ることができる効果に加えて、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータを駆動する際の電流の周波数を振動側可動子の共振周波数よりも低い周波数で且つ振動側可動子の共振周波数よりも低い周波数に設定した場合は、低電流で目的とする振幅で軸方向の往復動或いは往復ローリング運動を行なうことができ、また、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を駆動する際の電流の周波数を振動側可動子の共振周波数よりも低い周波数で且つ振動側可動子の共振周波数よりも高い周波数に設定した場合は、高電流で目的とする振幅で軸方向の往復動を行なうことができ、大きな出力での往復動が可能となり、一方、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータを駆動する際の電流の周波数を振動側可動子の共振周波数よりも高い周波数で且つ振動側可動子の共振周波数よりも低い周波数に設定した場合は、高電流で目的とする振幅で軸周り方向の往復ローリング運動を行なうことができ、大きな出力での往復ローリング運動が可能となる。
【００７１】
また本発明の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータを用いた電動歯ブラシは、上記のように１本のシャフトが軸方向の往復動と軸周り方向の往復ローリング運動とを行なうことができると共に、小型で且つ低コストの振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータを用いているので、歯磨き用ブラシの軸方向の往復動と軸周り方向の往復ローリング運動の２つの動作が可能で、しかも軸方向の往復動と往復ローリング運動のそれぞれにおいて大きな出力を得ることが可能となり、低コスト且つ小型の電動歯ブラシを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータの断面図である。
【図２】（ａ）は同上の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータの斜視図、（ｂ）はシールドケースを装着した状態の斜視図である。
【図３】同上の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータの分解斜視図である。
【図４】同上のシャフトのＤカット面付近の断面図である。
【図５】（ａ）は同上のシャフトの外周に振動系のヨークを取付ける例を示す斜視図であり、（ｂ）はヨークの一例を示す側面図である。
【図６】同上のばね受け部材とヨークとの結合前の状態を示す斜視図である。
【図７】同上のシャフトにローリング側ヨーク及びばね受け部材を組み付けた状態の斜視図である。
【図８】（ａ）は同上のローリング用リニア駆動部の動作を説明するための概略断面図、（ｂ）は巻線ボビンの片側に配置される一方のローリング側ステータの磁極子と永久磁石との位置関係を説明する断面図、（ｃ）は巻線ボビンの他の片側に配置される他方のローリング側ステータの磁極子と永久磁石との位置関係を説明する断面図である。
【図９】同上のローリング用リニア駆動部における巻線ボビンとステータの分解斜視図である。
【図１０】（ａ）は同上のシールドケースとローリング用リニア駆動部のステータ付き巻線ボビンの分解斜視図、（ｂ）は同上のシールドケースの断面図である。
【図１１】同上のばね受け部材にばね部材の一端を回り止めする場合の説明図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は同上の吸振錘の正面図、側面断面図、背面図、斜視図である。
【図１３】同上の巻線に印加される電圧を一定にした場合における周波数と可動子の振幅の関係、及び、この関係における周波数と電流の関係を示すグラフである。
【図１４】同上の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータを内蔵した電動歯ブラシの側面断面図である。
【図１５】同上の切り替え手段に関するブロック図である。
【符号の説明】
１ 電動歯ブラシ
２ 振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ
２Ａ 往復用リニア駆動部
２Ｂ ローリング用リニア駆動部
３ シャフト
４，３４ 永久磁石
５，３５ ヨーク
６ ローリング側可動子
７，３７ 巻線
９，３９ ステータ
１０ ローリング側固定子
１１ 磁極子
１３ ばね部材
１７ 吸振錘
２６ ばね受け部材
２９，３０ ばね止め部
３２ 制御部
３３ 切り替え手段
３６ 振動側可動子
４０ 振動側固定子
５０ 非磁性体
Ａ 軸方向
Ｂ 軸周り方向
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュ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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータの駆動力を伝動機構を介して軸方向の往復直線運動と、ローリング動作のための軸周りのローリング駆動とを歯磨き用ブラシに付与できるリニアアクチュエータを備えた電動歯ブラシが知られている（例えば、特許文献１参照）。このリニアアクチュエータは、シャフトに磁性体からなるプランジャー及びばね部材を取り付けて可動子が構成され、シールドケースの内面に固定される筒状の巻線と、巻線の巻線ボビンの軸方向両側に配置される筒状をした大径の永久磁石と、筒状のヨークとで、筒状をした固定子が構成され、巻線に交番電流を印加することで、可動子が軸方向の往復動を行なうものである。また、ばね部材の一端をシールドケースに回り止め固定し、ばね部材の他端をプランジャーに回り止め固定することで、ばね部材の軸方向の伸縮に伴って小角度の軸周り回転をプランジャーに与えるようにしており、これにより、軸方向の往復動だけでなく軸周り方向のローリング駆動も得ることが可能となっている。
【０００３】
他の従来例として、機械的な運動変換機構を用いて、軸方向の往復動と軸周り方向の往復ローリング運動の両方の動作を行なわせることが可能な電動歯ブラシが知られている（例えば、特許文献２参照）。この電動歯ブラシでは、モータの正逆の軸周り方向の切り換えによって、運動変換機構を介して軸方向の往復動と軸周り方向の往復ローリング運動の２動作を行わせるものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１７６７５８号公報
【特許文献２】
特開平９−１７３３６０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者の電動歯ブラシのリニアアクチュエータにあっては、単独で往復ローリング運動を行なうことができないものであり、しかも往復ローリング運動を行なうにあたって、ばね部材の両端をシールドケースとプランジャーとにそれぞれ回り止め固定することで、ばね部材の軸方向の伸縮に伴って小角度の軸周り回転をプランジャーに与える必要があり、このためローリング角度を決めるのにばね部材のばね定数や取り付け設計事項を考慮する必要があり、リニアアクチュエータの構造が複雑化し、コストが高くなる。そのうえ、永久磁石がプランジャーの外周に隙間を介して配設してあるので、円筒形状をした永久磁石の内径及び外径が大きくなり、永久磁石の体積が大きくなり、これに伴い永久磁石のコストが高くなり、アクチュエータのコストがより高くなるという問題がある。
【０００６】
また後者の電動歯ブラシにあっては、軸方向の往復動と軸周り方向の往復ローリング運動との動作を切り替えるための運動変換機構の機械的な仕組みが複雑化し、これに伴い電動歯ブラシが大型化し、コストアップを招くという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、往復動と往復ローリング運動の両方を得ることができ、小型で且つ低コストの振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータを提供することにあり、また、歯磨き用ブラシの軸方向の往復動と軸周り方向の往復ローリング運動の両方の動作を行なうことが可能な小型で且つ低コストの電動歯ブラシを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２は、軸方向Ｂに往復動自在に支持され且つ軸周り方向Ａに回転自在に支持されたシャフト３の軸方向Ｂの一部の外周に、中心軸がシャフト３の中心軸と略一致し且つ軸方向Ｂの両端面部がそれぞれ異極となった筒状の永久磁石３４を装着して振動側可動子３６を構成すると共に上記振動側可動子３６とこの振動側可動子３６を往復動方向に支持するばね部材１３とで往復動方向の振動系を構成し、巻線３７を備えた筒状をした振動側固定子４０内に上記振動側可動子３６を往復動自在に挿通して構成された往復用リニア駆動部２Ａと、上記振動側可動子３６が設けられているシャフト３の軸方向Ｂの他の部分に永久磁石４とヨーク５とを装着してローリング側可動子６を構成すると共に上記ローリング側可動子６とこのローリング側可動子６を軸周り方向Ａに支持するばね部材１３とでローリング駆動の振動系を構成し、巻線７を備えた筒状をしたローリング側固定子１０内に上記ローリング側可動子６を備えた部分を回転自在に挿通して構成されたローリング用リニア駆動部２Ｂとを備えると共に、上記振動側固定子４０及び上記ローリング側固定子１０の各巻線７，３７に電流を印加することで、上記シャフト３が軸方向Ｂの往復動と軸周り方向Ａの往復ローリング運動とを同時に行なえるようにするための制御部３２を備え、さらに上記往復動方向の振動系とローリング駆動の振動系とに共通の吸振錘１７を設け、振動側可動子３６の往復動とローリング側可動子６の往復ローリング運動とが同時に行なわれる場合において、吸振錘１７は振動側可動子３６とは軸方向Ｂに逆位相で往復動され且つローリング側可動子６とは軸周り方向Ａに逆位相で回転駆動されるようにすることを特徴としている。
【０００９】
このような構成とすることで、１本のシャフト３の軸方向Ｂに往復用リニア駆動部２Ａとローリング用リニア駆動部２Ｂとがそれぞれ設けられるので、１本のシャフト３で軸方向Ｂの往復動と軸周り方向Ａの往復ローリング運動との２つの動作を同時に行なうことができると共に、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２全体を容易に小型且つコンパクトにできる。しかも、往復用リニア駆動部２Ａ及びローリング用リニア駆動部２Ｂのそれぞれの永久磁石４，３４は固定子１０，４０側ではなく可動子６，３６側に設けられているので、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、各駆動部２Ａ，２Ｂにおいて永久磁石４，３４をそれぞれ小型化でき、これに伴い振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２の一層の小型化、低コスト化を図ることができる。
また、吸振錘１７によって各可動子の振動量（振幅量）を多く取ることができると共に、吸振錘１７は振動側可動子３６とは軸方向Ｂに逆位相で回転するので、振動側可動子３６の軸方向Ｂの往復動をアシストできるようになり、且つ、吸振錘１７はローリング側可動子６とは軸周り方向Ａに逆位相で回転するので、ローリング側可動子６の往復ローリング運動をアシストできるようになり、軸方向Ｂの往復動と往復ローリング運動のそれぞれにおいて大きな出力を得ることが可能となる。
【００１０】
また、上記制御部３２は、振動側可動子３６の往復動とローリング側可動子６の往復ローリング運動の２つの動作を同時に行なうモードと、いずれか一方のみを行なうモードとを切り替えるための切り替え手段３３を備えているのが好ましい。
【００１１】
このような構成とすることで、動作モードを切り替えることにより使用者に適合した最適ブラッシングが可能となり、極めて便利で都合のよいものである。
【００１４】
また、上記ローリング側可動子６は、軸方向Ｂの往復動範囲内において永久磁石４とステータの磁極子１１とのギャップを一定に保つことができる長さＳ２を有しているのが好ましい。
【００１５】
このような構成とすることで、ローリング用リニア駆動部２Ｂが往復用リニア駆動部２Ａによって軸方向Ｂに往復動する場合でも、永久磁石４とステータの磁極子１１とのギャップが一定に保たれるので、ローリング側可動子６の永久磁石４は、軸方向Ｂの往復動範囲内において磁極子１１とが離反することがなく、ローリング側可動子６の往復ローリング運動を途切れることなく連続して行なうことが可能となる。
【００１６】
また、上記振動側可動子３６とこの振動側可動子３６を往復動方向に支持するばね部材１３とで往復動方向の振動系を構成し、上記ローリング側可動子６とこのローリング側可動子６を軸周り方向Ａに支持するばね部材１３とでローリング駆動の振動系を構成し、上記往復動方向の振動系のばね部材１３がローリング駆動の振動系のばね部材１３を兼用するのが好ましい。
【００１７】
このような構成とすることで、振動側可動子３６の往復動及び／又はローリング側可動子６の軸周り方向Ａのローリング駆動に伴って、ばね部材１３は伸張又は圧縮して圧縮ばね力、引っ張りばね力を振動側可動子３６及びローリング側可動子６にそれぞれ付与するようになり、往復動方向の振動系及びローリング駆動の振動系の部品数を減らすことができ、小型化且つ低コスト化が容易となる。
【００２０】
また、上記往復動方向の振動系のばね部材１３及びローリング駆動の振動系のばね部材１３をコイルバネで構成し、コイルバネの両端部の軸周り方向Ａの回転を止めるためのばね受け部材２６を備えているのが好ましい。
【００２１】
このような構成とすることで、ばね受け部材２６によってローリング側可動子６の軸周り方向Ａの回転動作に伴ってバネ力が蓄積され、可動子６の回転角度を許容範囲内に規制でき、シャフト３のローリング角度を容易に決めることができる。
【００２２】
また、上記ばね部材１３のばね受け部材２６は、各駆動部２Ａ，２Ｂの固定子１０，４０側に設けられるばね止め部２８と、各駆動部２Ａ，２Ｂの可動子６，３６側に設けられるばね止め部２９，３０とを有するのが好ましい。
【００２３】
このような構成とすることで、各駆動部２Ａ，２Ｂの固定子及び可動子を利用してばね部材１３の両端部を回り止め固定可能となり、ばね受け部材２６の部品数を削減でき、一層の小型化を図ることができると共に、各駆動部２Ａ，２Ｂの可動子が許容範囲を越えて往復動したり、軸周りに回転したりするのを防止でき、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２の駆動特性の信頼性を高めることができる。
【００２４】
また、上記振動側可動子３６とこの振動側可動子３６を往復動方向に支持するばね部材１３とで往復動方向の振動系を構成すると共に振動側固定子４０の巻線３７に電流を印加して振動側可動子３６をその共振周波数付近で往復動させる往復用リニア駆動部２Ａと、上記ローリング側可動子６とこのローリング側可動子６を軸周り方向Ａに支持するばね部材１３とでローリング駆動の振動系を構成すると共にローリング側固定子１０の巻線７に電流を印加してローリング側可動子６をその共振周波数付近で往復ローリング運動させるローリング用リニア駆動部２Ｂとを備え、上記往復用リニア駆動部２Ａ、ローリング用リニア駆動部２Ｂを駆動するにあたり、往復用リニア駆動部２Ａ又はローリング用リニア駆動部２Ｂの少なくとも一方を、該当する駆動部における共振周波数よりも低い周波数で駆動させることを特徴としている。
【００２５】
このような構成とすることで、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を駆動する際の電流の周波数を振動側可動子３６の共振周波数よりも低い周波数で且つ振動側可動子３６の共振周波数よりも低い周波数に設定した場合は、低電流で目的とする振幅で軸方向Ｂの往復動或いは往復ローリング運動を行なうことができ、特に振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２の電源が電池２１の場合において、電池２１の長寿命化を図ることができる。また、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を駆動する際の電流の周波数を振動側可動子３６の共振周波数よりも低い周波数で且つ振動側可動子３６の共振周波数よりも高い周波数に設定した場合は、高電流で目的とする振幅で軸方向Ｂの往復動を行なうことができ、大きな出力での往復動が可能となり、一方、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を駆動する際の電流の周波数を振動側可動子３６の共振周波数よりも高い周波数で且つ振動側可動子３６の共振周波数よりも低い周波数に設定した場合は、高電流で目的とする振幅で軸周り方向Ａの往復ローリング運動を行なうことができ、大きな出力での往復ローリング運動が可能となる。
【００２６】
また、上記往復動方向の振動系とローリング駆動の振動系との間に筒状の非磁性体５０を介在させるのが好ましい。
【００２７】
このような構成とすることで、共通する１本のシャフト３の軸方向Ｂに往復用リニア駆動部２Ａとローリング用リニア駆動部２Ｂを隣接して設けた場合において、両振動系の各磁束を非磁性体５０によって遮断することができ、しかも非磁性体５０を筒状にすることで、磁束を漏れなく遮断でき、これにより一方の駆動部の永久磁石の磁力の影響を他方の駆動部に影響を及ぼさないようにできて安定した磁気特性が得られ、これに伴い各駆動部２Ａ，２Ｂにおいて往復動と往復ローリング運動の２つの動作を安定して得ることができる。
【００２８】
また、本発明に係る電動歯ブラシにあっては、上記振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を駆動源とし、該振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２のシャフト３により駆動される歯磨き用ブラシ２３を備えていることを特徴としている。
【００２９】
このような構成とすることで、１本のシャフト３で２つの動作を行なうことができる振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２の該シャフト３に歯磨き用ブラシ２３を取り付けることで、歯磨き用ブラシ２３は軸方向Ｂの往復動と軸周り方向Ａの往復ローリング運動の２つの動作を同時に行なったり、切り替え手段３３によっていずれか一方の動作を行なったりすることが可能となり、使用者に適合した最適ブラッシングが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態に基づいて説明する。
【００３１】
図１には本発明の往復用リニア駆動部２Ａとローリング用リニア駆動部２Ｂとを備えた振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２の一実施形態が示してある。
【００３２】
筒状（実施形態では円筒状）をしたシールドケース１２内には、シャフト３を軸方向Ｂに往復動させるための往復用リニア駆動部２Ａと、軸周り方向Ａに往復ローリング運動させるためのローリング用リニア駆動部２Ｂとが内装されている。シャフト３の両端部はそれぞれ軸受け部２４ａ，２４ｂにて軸方向Ｂに往復動可能に且つ軸周り方向Ａに往復ローリング運動可能に支持されている。本例では、シャフト３は非磁性体で構成されている。シャフト３を非磁性体とすることでシャフト３を通しての磁束漏れがなくなり、出力損失を防止できるものである。もちろん、シャフト３の強度を高めるために磁性体で形成されてもよい。
【００３３】
先ず、往復用リニア駆動部２Ａについて説明する。シールドケース１２内には筒状をした振動側固定子４０が内装してある。振動側固定子４０は巻線３７を巻装した巻線ボビン３８の軸方向Ｂ両側に筒状をした振動側ステータ３９を設けて構成してある。
【００３４】
上記シャフト３の軸方向Ｂの一部の外周には、図５に示すように、中心軸がシャフト３の中心軸と略一致する筒状（実施形態では円筒状）をした小径の筒状の永久磁石３４が装着してあって振動側可動子３６を構成してある。この小径の筒状の永久磁石３４はシャフト３の軸方向Ｂに所定間隔を隔てて２個装着してある。筒状の永久磁石３４は軸方向Ｂの両端面部がそれぞれ異極となったものであり、更に、２個の筒状を設けたものにおいては、２つの筒状の永久磁石３４のそれぞれの軸方向Ｂの外側となる面を互いに同極となっている。つまり、図１に基づいて説明すると、図１の左側の筒状の永久磁石３４の右側の端面を仮にＮ極とすると、該左側の筒状の永久磁石３４の左側の端面がＳ極となり、右側の筒状の永久磁石３４の右側の端面がＳ極となると共に該右側の筒状の永久磁石３４の右側の端面がＮ極となとなる（また、左側の筒状の永久磁石３４の右側の端面がＳ極の場合には上記と逆となる）関係となっている。
【００３５】
このようにシャフト３に筒状の永久磁石３４を設けて構成した振動側可動子３６は筒状をした振動側固定子４０の内周側に所定のギャップを介して挿入してあり、振動側可動子３６の２個の筒状の永久磁石３４の外面は振動側固定子４０の巻線ボビン３８の軸方向Ｂにおける両側に設けた２個の筒状をした振動側ステータ３９の内面と対応する位置関係となっている。
【００３６】
振動側可動子３６を往復動方向に支持するばね部材１３が設けてあって、振動側可動子３６とばね部材１３とで往復動方向の振動系を構成してある。すなわち、筒状の永久磁石３４と軸受け部２４ａとの間にはばね部材１３が介在してあって、振動側可動子３６の往復動に伴って伸張又は圧縮して圧縮ばね力、引っ張りばね力を振動側可動子３６に付与するようになっている。
【００３７】
そして、巻線３７に電流を流していないときには筒状の永久磁石３４が振動側ステータ３９に及ぼす磁力とばね部材１３のばね力が釣り合う位置で振動側可動子３６が停止している。巻線３７に一方向の電流を流すと振動側可動子３６が一方向に移動し、巻線３７に他方向の電流を流すと逆方向に移動するものであり、このため、巻線３７に交番電流を流すことによって振動側可動子３６を軸方向Ｂに往復動させることができものであり、この場合、ばね部材１３のばね定数及び振動側可動子３６の質量で決定される共振周波数付近の交番電流を流すことで、上記往復動（往復振動）が共振状態となるようにできるものであり、これにより振動側可動子３６の振動量（振幅量）を多く取れることになる。また、図１のように、シャフト３に筒状の永久磁石３４を２つ軸方向Ｂに並設すると、２つの筒状の永久磁石３４により大きな磁束を出すことができるものである。
【００３８】
ところで、シャフト３を非磁性体により構成すると、シャフト３に装着した筒状の永久磁石３４の磁束がシャフト３側に通らず振動側ステータ３９側に有効に使用することができるものである。
【００３９】
一方、シャフト３を鉄のような磁性体で形成する場合には、シャフト３の強度が強く、振動側可動子３６の機械的強度を高めることができるが、シャフト３に装着した筒状の永久磁石３４の磁束の一部がシャフト３側に流れることになって振動側ステータ３９側に有効に利用できないことになる。したがって、このような場合には図１に示すように磁性体よりなるシャフト３と筒状の永久磁石３４とを非磁性体よりなる筒状のスペーサ部材４１を介して結合し、非磁性体よりなる筒状のスペーサ部材４１の他の部位がシャフト３と筒状のヨーク３５との間、シャフト３と筒状の鉄心４２（図３）との間に介在してある。このように、非磁性体よりなるスペーサ部材４１を介在することでシャフト３の強度を確保するためにシャフト３を磁性体としたにもかかわらず、筒状の永久磁石３４のもつ磁束がシャフト３側に通らず振動側ステータ３９側に有効に使うことができることになる。
【００４０】
また、図５に示すように筒状の永久磁石３４に隣接している筒状のヨーク３５の内周部と磁性体により形成したシャフト３外周との間に隙間４３を設け、ヨーク３５の内周部からシャフト方向に突出した突起４４をシャフト３に結合するようにしてもよく、このようにしてもシャフト３の強度を確保するためにシャフト３を磁性体としたにもかかわらず、筒状の永久磁石３４のもつ磁束がシャフト３側に通らず振動側ステータ３９側に有効に使うことができる。
【００４１】
そして、図６に示すように、ヨーク３５の内周部と磁性体により形成したシャフト３外周との間に隙間４３を設け、ヨーク３５の内周部からシャフト方向に複数の突起４４を突設してシャフト３外周面に圧接して取付けるのであるが、ヨーク３５に非磁性体よりなるばね部材１３の一端部を支持する際に、ばね止め部２９を介してばね部材１３を支持するようにしてもよい。つまり、ばね部材１３の一端部を嵌め込んで支持すると共に軸周りに回動しないように取付けた状態で、ばね受け部材２６に設けた係合突部２９ａを、ヨーク３５の内周部と磁性体により形成したシャフト３外周との間に形成される上記隙間４３に嵌め込んで、ばね受け部材２６とシャフト３に固定した振動側ヨーク３９とを係合するようにしてもよいものである。
【００４２】
次に、上記シャフト３を軸周り方向Ａに往復ローリング運動させるためのローリング用リニア駆動部２Ｂについて説明する。このローリング用リニア駆動部２Ｂは、ローリング側可動子６と筒状をしたローリング側固定子１０とを備える。
【００４３】
先ずローリング側可動子６について説明する。図１に示すように、上記往復用リニア駆動部２Ａを設けたシャフト３と同じシャフト３の軸方向Ｂの他の部分に、筒状のヨーク５と平板状の永久磁石４とを装着してローリング側可動子６が構成されている。筒状のヨーク５は図７に示すように、シャフト３に対して圧入固定されている。筒状のヨーク５は鉄材などの筒状の磁性体にて形成されており、その外周面には図８に示すように、円弧部分と直線部分とが連続する辺がｎ個（例えば４個）設けられている。なおｎは少なくとも１以上であればよい。ヨーク５の各辺の直線部分には底面が平坦なコ字状溝２５（図７）が設けられており、各コ字状溝２５内に永久磁石４を各々嵌め込むことで、永久磁石４の外面４ａとヨーク５の外面５ａとが周方向に隣接配置された状態となり、この状態で各永久磁石４の外面４ａがそれぞれ直線部分を形成し、永久磁石４相互間におけるヨーク５の各外面５ａがそれぞれ円弧部分を形成している。
【００４４】
ここでは、平板状の永久磁石４は、シャフト３の軸方向Ｂと交差する方向の外面４ａ（直線部分）と内面４ｂとが異極となるように着磁されている。つまり図８に示す４個の永久磁石４の外面４ａがすべてＮ極である場合は、ヨーク５の各外面５ａ（円弧部分）はすべてＳ極となり、逆に、４個の永久磁石４の外面４ａがすべてＳ極である場合は、ヨーク５の各外面５ａはすべてＮ極となる。
【００４５】
また、上記ヨーク５の軸方向Ｂ両側には、図１に示すように、非磁性体からなる環状のばね受け部材２６がそれぞれ装着されている。ばね受け部材２６はばね部材１３の端部を回り止め固定するものであり、図７に示すばね受け部材２６の片面に設けた複数の突起２７がヨーク５のコ字状溝２５の長手方向の端部に挿入されることによって、ばね受け部材２６はヨーク５に対して回り止め状態で装着されるようになっている。
【００４６】
一方、筒状をしたローリング側固定子１０を説明する。シールドケース１２の内周面には、図１に示すように、磁路を励磁するための巻線７が巻線ボビン８に巻回され、巻線ボビン８の軸方向Ｂ両側に筒状の磁性体からなるローリング側ステータ９をそれぞれ配設することで筒状のローリング側固定子１０が構成されており、このローリング側固定子１０内にローリング側可動子６を所定のギャップを介して回転自在に挿通することで、ローリング用リニア駆動部２Ｂの磁気回路が構成される。もちろん、ローリング側ステータ９は必ずしも巻線ボビン８の軸方向Ｂ両側に設ける必要はなく、軸方向Ｂの片側のみに設けてもよいものである。
【００４７】
各ローリング側ステータ９の内周部には、図８（ｂ）（ｃ）に示すように、ローリング側可動子６の極（永久磁石４の外面４ａ、ヨーク５の外面５ａ）と対向するようにｎ個以下の磁極子１１（例えば、４個）が設けられている。ここでは、図９に示すように、ローリング側ステータ９の磁極子１１相互間は切欠されている。すなわち、シャフト３を鉄などの磁性体で形成した場合において、磁極子１１相互間を切欠することで、シャフト３への磁束漏れを少なくでき、永久磁石４の持つ磁束をローリング側ステータ９側で有効に使用できるものとなる。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、出力を高める場合は磁極子１１の数を永久磁石４の数（４個）と同数まで増やすようにする。
【００４８】
ここで、図８（ａ）に示すように、ローリング側ステータ９を巻線ボビン８の軸方向Ｂ両側に設ける場合において、図８（ｂ）に示す一方のローリング側ステータ９の磁極子１１ａの位置と、図８（ｃ）に示す他方のローリング側ステータ９の磁極子１１ｂの位置とをローリング側可動子６の軸周り方向Ａにおいて不一致としている。また本例ではローリング側可動子６の回転初期において、一方のローリング側ステータ９の磁極子１１ａが永久磁石４の軸周り方向Ａの一端部とヨーク５との一方の接点１５ａに対向して位置し、他方のローリング側ステータ９の磁極子１１ｂが当該永久磁石４の軸周り方向Ａの他端部とヨーク５との他方の接点１５ｂに対向して位置するように設定してある。これにより、同一の永久磁石４に対する一方のローリング側ステータ９の磁極子１１ａとのギャップ、他方のローリング側ステータ９の磁極子１１ｂとのギャップが略同じとなり、ローリング側可動子６の往復ローリング運動が効率良く行なわれるようになる。すなわち、巻線７に一方向の電流を流すと永久磁石４は一方のローリング側ステータ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１１ｂからは磁気吸引力を受けることで軸周りの一方向Ａ１に大きな力で回動できるようになり、巻線７に他方向の電流を流すと当該永久磁石４は一方のローリング側ステータ９の磁極子１１ａからは磁気吸引力を受け、同時に他方の磁極子１１ｂからは磁気反発力を受けることで軸周りの他方向Ａ２に大きな力で回動できるようになる。そのうえ、永久磁石４の外面４ａとヨーク５の外面５ａとが周方向に隣接配置され、両者４ａ，４ｂは異極となっているため、磁極子１１ａ，１１ｂとヨーク５の外面５ａとの間でもローリング側可動子６を回転させる磁気力が発生する。
【００４９】
ここにおいて、上記極性の異なる永久磁石４の外面４ａとヨーク５の外面５ａとが隣接配置され、磁極子１１と永久磁石４との間にローリング側可動子６を回転させる磁気力が発生するだけでなく、磁極子１１とヨーク５の外面５ａとの間に発生する磁気力を利用してローリング側可動子６を回転させることができ、しかも、永久磁石４の外面４ａは直線部分であるため、磁極子１１との対向面積を大きく確保でき、一方、ヨーク５の外面５ａは円弧部分であるため、磁極子１１との対向面積を大きく確保しながら磁極子１１とのギャップを小さくでき、これにより、巻線７に交番電流を印加することでローリング側可動子６は初期の回転力が大となり、スムーズな往復ローリング運動を開始させることが可能となる。
【００５０】
上記巻線７が巻回される巻線ボビン８の軸方向Ｂの側面には、図９に示すように、ローリング側ステータ９を巻線ボビン８に対して軸周り方向Ａに位置決めするためのステータ位置決め部１６がそれぞれ設けられている。本例では、巻線ボビン８の軸方向Ｂの側面の周方向の複数箇所に、円弧状をした凸リブ状のステータ位置決め部１６が突設されており、ローリング側ステータ９の複数箇所に該ステータ位置決め部１６が嵌合可能な円弧状をした位置決め凹所１１７が凹設されており、各位置決め凹所１１７に各ステータ位置決め部１６を横から嵌め込むようにしてローリング側ステータ９を巻線ボビン８の軸方向Ｂ両側に取り付けた状態で、各ローリング側ステータ９をシールドケース１２の内面に対して回り止め固定する。ここでは、図１０に示すように、ローリング側ステータ９の外周部にキー溝状の嵌合部１９を設け、シールドケース１２の内面に、該嵌合部１９に嵌合してローリング側ステータ９の軸周り方向Ａの回転を規制するためのキー形状の回転規制部２０を設けてある。このように、ローリング側ステータ９の嵌合部１９にシールドケース１２の回転規制部２０を嵌め込むようにすることで、ローリング側ステータ９の軸周り方向Ａの回転をシールドケース１２によって簡単に規制できるようになり、シールドケース１２へのローリング側固定子１０の固定が容易となっている。
【００５１】
また、ローリング側可動子６は、図１に示すように、軸方向Ｂの往復動範囲内において永久磁石４とローリング側ステータ９の磁極子１１とのギャップを一定に保つことができる長さＳ２を有している。ここでは、ローリング側可動子６における永久磁石４の軸方向Ｂの中間位置と巻線ボビンの軸方向Ｂ両側に設けられる左右のローリング側ステータ９間の軸方向Ｂの中間位置とが略一致した状態で、永久磁石４の軸方向Ｂの長さＳ２が左右のローリング側ステータ９間の距離Ｓ１（＜Ｓ２）よりも長くなるように設定してある。これにより、ローリング側可動子６は、軸方向Ｂの往復動範囲内において永久磁石４と磁極子１１とが離反することがなく、常に一定のギャップを保持できるので、ローリング側可動子６の軸周り方向Ａの往復ローリング運動を途切れることなく、連続して行なえるようになっている。
【００５２】
上記のように軸方向Ｂに往復動する振動側可動子３６と、該振動側可動子３６を軸方向Ｂに支持するばね部材１３とで往復動の振動系が構成され、一方、軸周り方向Ａに所定角度で往復ローリング運動を行なうローリング側可動子６と、該ローリング側可動子６を軸周り方向Ａに支持するばね部材１３とで、ローリング駆動の振動系が構成されている。本発明では往復動方向の振動系のばね部材１３はローリング駆動の振動系のばね部材１３を兼用している。つまり、ばね部材１３は振動側可動子３６の軸方向Ｂの往復動に伴って伸張又は圧縮して圧縮ばね力、引っ張りばね力を振動側可動子３６に付与すると同時に、ローリング側可動子６の軸周り方向Ａの往復ローリング運動に伴って伸張又は圧縮して圧縮ばね力、引っ張りばね力を可動子６に付与するものであり、このばね部材１３のばね定数及び可動子６の質量とで決定される共振周波数付近の電流を流すことで各駆動部２Ａ，２Ｂにおいて振動量（振幅量）を多く取ることができるようになっている。
【００５３】
また上記両振動系のばね部材１３は、図１１に示すコイルバネからなる。本例では３つのばね部材１３，１３ａ，１３ｂを使用している。第１ばね部材１３は、図１に示すように、振動側可動子３６の一端面とシールドケース１２の一方の内側面との間に介在されており、第１ばね部材１３の一端は一方の軸受け部２４ａに対して回り止め固定されており、第１ばね部材１３の他端は図１１に示すばね受け部材２６の突起２７が設けられる面と反対側の面に設けたばね止め部２８に係合することで回り止め固定されている。さらに、ローリング側可動子６の他端面と吸振錘１７の一端面との間には第２ばね部材１３ａが介在されており、この第２ばね部材１３ａの一端は、図１１に示すばね受け部材２６に設けたばね止め部２８に係合することで回り止め固定され、第２ばね部材１３ａの他端は、吸振錘１７の一端面に設けた溝状のばね止め部２９（図１２（ｂ））に係合することで回り止め固定されている。さらに、吸振錘１７の他端面とシールドケース１２の他方の内側面との間に第３ばね部材１３ｂが介在されており、この第３ばね部材１３ｂの一端は吸振錘１７の他端面に設けた溝状のばね止め部３０（図１２（ｃ））に係合することで回り止め固定され、第３ばね部材１３ｂの他端は他方の軸受け部２４ｂに対して回り止め固定される。これら３つのばね部材１３，１３ａ，１３ｂは振動側可動子３６を軸方向Ｂに往復動可能に保持すると共に、ローリング側可動子６を軸周り方向Ａに許容範囲内で回転可能な状態で保持する働きをし、さらに、ローリング側可動子６の軸周り方向Ａの回転動作に伴ってバネ力が蓄積されることで、ローリング側可動子６のの回転角度を許容範囲内に規制して、シャフト３のローリング角度を決める働きをする。
【００５４】
また、上記往復動方向の振動系のばね部材１３及びローリング駆動の振動系のばね部材１３をそれぞれコイルバネで構成し、コイルバネの両端部の軸周り方向Ａの回転を止めるためのばね受け部材２６を設けたことにより、ローリング側可動子６の軸周り方向Ａの回転動作に伴ってバネ力が蓄積され、可動子６の回転角度を許容範囲内に規制でき、シャフト３のローリング角度を決めることが容易となる。しかも、ばね部材１３のばね受け部材２６は、各駆動部２Ａ，２Ｂの固定子１０，４０側に設けられるばね止め部と、各駆動部２Ａ，２Ｂの可動子６，３６側に設けられるばね止め部とからなるので、各駆動部２Ａ，２Ｂの固定子及び可動子を利用してばね部材１３の両端部を回り止め固定可能となり、ばね受け部材２６の部品数を削減でき、一層の小型化を図ることができると共に、各駆動部２Ａ，２Ｂの可動子が許容範囲を越えて往復動したり、軸周りに回転したりするのを防止でき、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２の駆動特性の信頼性を高めることができるものである。
【００５５】
また上記往復動方向の振動系とローリング駆動の振動系との間には、筒状の非磁性体が介在されている。これにより、共通する１本のシャフト３の軸方向Ｂに往復用リニア駆動部２Ａとローリング用リニア駆動部２Ｂを隣接して設けた場合において、両振動系の各磁束を非磁性体によって遮断することができ、しかも非磁性体を筒状にすることで、磁束を漏れなく遮断でき、これにより一方の駆動部の永久磁石の磁力の影響を他方の駆動部に影響を及ぼさないようにできて安定した磁気特性が得られ、これに伴い各駆動部２Ａ，２Ｂにおいて往復動と往復ローリング運動の２つの動作を安定して得ることができるものである。
【００５６】
さらに、上記両振動系には、図１に示すように、吸振錘１７が設けられている。吸振錐１７は略筒状をしていてシャフト３に遊びを持たせて被嵌してあり、可動子６と軸受け部２４ａとの間に位置し、後述するばね部材１３ａ，１３ｂにて軸方向Ｂに対して保持されている。吸振錘１７の重心位置Ｍを可動子６の回転軸線Ｄと同軸上に配置している。ここでは吸振錘１７は、往復動方向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、振動側可動子３６の往復動とローリング側可動子６の往復ローリング運動とが同時に行なわれる場合において、吸振錘１７は振動側可動子３６とは軸方向Ｂに逆位相で往復動され且つローリング側可動子６とは軸周り方向Ａに逆位相で回転駆動されるようになっている。これにより、吸振錘１７によって各駆動部２Ａ，２Ｂの振動量（振幅量）を多く取ることができると共に、吸振錘１７は振動側可動子３６とは軸方向Ｂに逆位相で回転するので、振動側可動子３６の軸方向Ｂの往復動をアシストできるようになり、且つ、吸振錘１７はローリング側可動子６とは軸周り方向Ａに逆位相で回転するので、ローリング側可動子６の往復ローリング運動をアシストできるようになり、軸方向Ｂの往復動と往復ローリング運動のそれぞれにおいて大きな出力を得ることが可能となる。
【００５７】
吸振錘１７の一例を図１２に示す。そして本実施形態においては、振動側固定子４０とローリング側固定子１０とシールドケース１２を固定部とし、振動側可動子３６、ローリング側可動子６の総質量、吸振錘１７の質量の２質点系の振動モデルとして取り扱うことができ、この場合、各可動子６，３６と吸振錘１７とが同位相で運動する第１次（低次側）の振動モードと、各可動子６，３６と吸振錘１７とが逆位相で運動する第２次（高次側）の振動モードとがあり、この第２次の固有振動数付近の周波数の電流を巻線７，３７に印加することで、各可動子６，３６とは逆移動の運動を行なう吸振錘１７が各可動子６，３６の慣性力をそれぞれ打ち消すものである。これにより、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のである。さらに吸振錘１７の慣性モーメントが各可動子６，３６の慣性モーメントよりも大きくなるように吸振錘１７の重量を設定すれば、各可動子６，３６の往復動及び回転方向のアシスト力がそれぞれ増大し、一層の出力アップを図ることが可能となる。さらに本例では吸振錘１７とローリング側可動子６との間に、シャフト３の軸方向Ｂと交差する方向に隙間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軸方向Ｂ及び軸周り方向Ａにそれぞれ回転駆動させる働きをする。なお、ベアリング等を介在させてもよいが、コストを低く抑えるためには隙間１８の方が好ましい。
【００５８】
ところで、上記ばね部材１３（１３ａ，１３ｂ）のみでローリング側可動子６の回転を規制する構造では、外部からシャフト３を軸周り方向Ａに許容範囲以上に回転させる力が加わったときにはシャフト３が許容範囲を越えて回転する可能性があり、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２の駆動特性に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００５９】
そこで本例では、外部からローリング側可動子６に対して軸周り方向Ａに許容範囲以上に回転させる力がかかったときにローリング側可動子６の回転を機械的に止めるためのストッパー手段１４を設けている。ここでは、図４に示すように、歯磨き用ブラシ２３が取り付けられるシャフト３の軸方向Ｂの一端部とは反対側の他端部が断面Ｄ字状をしたＤカット面１４ａとなっており、他方の軸受け部２４ｂに設けた山形状テーパー部３１に嵌め込んである。ローリング側可動子６が振幅の中立位置にあるときは、シャフト３のＤカット面１４ａは山形状テーパー部３１の斜面に当たらず、シャフト３は軸周り方向Ａに許容範囲で往復回転可能となり、シャフト３が軸周りの一方向Ａ１に許容範囲以上に回転したときはＤカット面１４ａが山形状テーパー部３１の片側斜面に当たることでシャフト３の一方向Ａ１への回転が止められ、またシャフト３が他方向Ａ２に許容範囲以上に回転したときにはＤカット面１４ａが山形状テーパー部３１の他側斜面に当たることでシャフト３の他方向Ａ２への回転が止められるようになる。これにより、シャフト３のローリング角度以上の回転が機械的に阻止されることとなり、外的付加荷重や衝撃荷重等に対して振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２の信頼性を確保できるようになっている。
【００６０】
なお、Ｄカット面１４ａは、シャフト３にヨーク５を圧入固定して組み付ける際の基準面として使用できるものである。つまり、ヨーク５のコ字状溝２５の平坦な底面２５ａ（図７）とＤカット面１４ａとが略平行となるようにヨーク５を組み付けることで、シャフト３に対するヨーク５の正規の組み付け角度を容易に決定できるようになっている。
【００６１】
上記振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２は、振動側固定子４０及びローリング側固定子１０の各巻線７，３７に電流を印加することで、シャフト３が軸方向Ｂの往復動と軸周り方向Ａの往復ローリング運動とを同時に行なえるようにするための制御部３２を備えている。さらにこの制御部３２は、図１５に示すように、振動側可動子３６の往復動とローリング側可動子６の往復ローリング運動の２つの動作を同時に行なうモードと、いずれか一方のみを行なうモードとを切り替えるための切り替え手段３３を備えている。
【００６２】
しかして、上記振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２は、共通する１本のシャフト３の軸方向Ｂの異なる位置に、往復用リニア駆動部２Ａとローリング用リニア駆動部２Ｂとが設けられるので、１本のシャフト３で軸方向Ｂの往復動と軸周り方向Ａの往復ローリング運動との２つの動作を同時に得ることが可能になると共に、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２全体を容易に小型化できる。しかも、往復用リニア駆動部２Ａ及びローリング用リニア駆動部２Ｂのそれぞれの永久磁石４，３４は固定子１０，４０側ではなく可動子６，３６側に設けられているので、従来のように大径の永久磁石をシールドケース１２の内面に配設した場合と比較して、各駆動部２Ａ，２Ｂの永久磁石４の内径及び外径が小さくなって永久磁石４の体積が小さくなり、このように永久磁石４の小型化に伴いコストが安くなり、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２のコストを低減することができる。さらに、往復用リニア駆動部２Ａに用いられる筒状をした永久磁石は、例えば軸方向Ｂの両端面が異極となった棒磁石の長手方向にわたって孔を開けたものを長手方向と直交するように輪切りにすることで、簡単にシャフト３の外周に装着するための筒状の永久磁石を形成することが可能となるものであり、一方、ローリング用リニア駆動部２Ｂに用いられる永久磁石は、例えば磁石をスライス切断するだけで、安価に製作することができ、これにより各永久磁石４，３４の構成が簡単で、製造も容易でコストも更に安価となるものである。
【００６３】
ここで、上記実施形態のものは、往復用リニア駆動部２Ａ、或いはローリング用リニア駆動部２Ｂにおいて、電圧を一定にした場合における周波数と可動子６の振幅の関係、及び、この関係における周波数と電流の関係は図１３に示すようなグラフとなる。すなわち図１３において、線イ、ロは電圧を一定にした場合における周波数と可動子６の振幅の関係を示し、線ハ、ニは周波数と電流の関係を示しており、共振周波数（図１３においてホで示す）付近の周波数の交番電流を流すことで、前述のように可動子６の振動量（振幅量）が多く取れるのであり、例えば、図１３において、共振周波数が２５０［Ｈｚ］の場合、可動子６は１．１［ｍｍ］の最大振幅となり、２５０［Ｈｚ］以下、２３０［Ｈｚ］以上の範囲（図１３において範囲ヘで示す）、及び、２５０［Ｈｚ］以上、２８０［Ｈｚ］以下の範囲では、それぞれ、０．５［ｍｍ］以上の振幅となり、この範囲内に可動子６の振幅が設定されると、ばね部材１３を利用して可動子６の振動量（振幅量）を多く取れることになる。ここで、共振周波数付近で且つ共振周波数よりも高い周波数と低い周波数との２箇所で同じ振幅が得られるが、共振周波数よりも低い周波数に設定して可動子６をローリング駆動させる場合（範囲ト内で周波数を設定した場合）は、低電流で目的とする振幅で動作させることができ、特に電源が電池２１の場合において、電池２１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（範囲ヘ内で周波数を設定した場合）は、高電流で目的とする振幅で動作させることができ、大きな出力を得ることができる。もちろん図１４は一例であり、往復用リニア駆動部２Ａの共振周波数とローリング用リニア駆動部２Ｂの共振周波数とは異なる場合もある。
【００６４】
本例では、往復用リニア駆動部２Ａとローリング用リニア駆動部２Ｂとを駆動するにあたり、往復用リニア駆動部２Ａ又はローリング用リニア駆動部２Ｂの少なくとも一方を、該当する駆動部における共振周波数よりも低い周波数で駆動させる。すなわち、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を駆動する際の電流の周波数を振動側可動子３６の共振周波数よりも低い周波数で且つ振動側可動子３６の共振周波数よりも低い周波数に設定した場合は、低電流で目的とする振幅で軸方向Ｂの往復動或いは往復ローリング運動を行なうことができ、また、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を駆動する際の電流の周波数を振動側可動子３６の共振周波数よりも低い周波数で且つ振動側可動子３６の共振周波数よりも高い周波数に設定した場合は、高電流で目的とする振幅で軸方向Ｂの往復動を行なうことができ、一方、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を駆動する際の電流の周波数を振動側可動子３６の共振周波数よりも高い周波数で且つ振動側可動子３６の共振周波数よりも低い周波数に設定した場合は、高電流で目的とする振幅で軸周り方向Ａの往復ローリング運動を行なうことができるものとなる。なお、往復用リニア駆動部２Ａ及びローリング用リニア駆動部２Ｂの両方を、それぞれ、該当する駆動部における共振周波数よりも高い周波数で駆動させるようにしてもよく、この場合は、軸方向Ｂの往復動と往復ローリング運動とが共に大きな出力で動作可能となる。
【００６５】
本発明の上記した実施形態に示す振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２は種々の駆動源として用いることができるが、その一例として例えば電動歯ブラシに用いることができる。その一例を図１４に示す。
【００６６】
電動歯ブラシの略筒状をした細長いハウジング２２内にはハウジング２２内の長手方向の略半分に上記の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２が内装してあり、ハウジング２２内の長手方向の他の略半分に電池２１が内装してある。また、このハウジング２２内には図示を省略しているが制御回路部が内装してあり、更にハウジング２２の外周面部にはスイッチが設けてある。ハウジング２２に内装した振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２のシャフト３の一端部はハウジング２２の長手方向の一端面部に露出しており、このシャフト３の一端部に歯磨き用ブラシ２３の柄部２４の長手方向の一端部を取付けてあり（柄部２４はシャフト３に固定してもよく、あるいは着脱自在に取付けてもよく、着脱自在に取付けた状態では柄部２４はシャフト３に対して軸周りには回動しないように取付ける）、柄部２４の長手方向の他端部の一側面に柄部２４の長手方向と略直交する方向に突出するブラシ部が設けてある。
【００６７】
しかして、往復用リニア駆動部２Ａ及びローリング用リニア駆動部２Ｂの各巻線７，３７に電流を印加することで、シャフト３を軸方向Ｂの往復動及び軸周り方向Ａの往復ローリング運動をさせてシャフト３に取付けた歯磨き用ブラシ２３が往復動及び往復ローリング運動を行ない、これにより歯磨きを行うものである。また、軸方向Ｂの往復動と往復ローリング運動のいずれか一方の動作モードを切り替え手段３３（図１５）によって切り替えることで、使用者に適合した最適ブラッシングが可能となる。
【００６８】
そして、上記振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を備えた電動歯ブラシにおいては、既に述べたように往復用リニア駆動部２Ａ及びローリング用リニア駆動部２Ｂの各永久磁石４，３４をそれぞれシャフト３に装着することで、低コスト化した振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を使用できるので電動歯ブラシの低コスト化が図れるものである。
【００６９】
また、本発明に係る振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ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、電気かみそりの駆動源として、さらに各種の機械制御用の駆動源として広い範囲に適用可能である。
【００７０】
【発明の効果】
上述のように本発明の請求項１記載の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータにおいては、１本のシャフトに往復用リニア駆動部とローリング用リニア駆動部とを軸方向に隣接して設けられているので、１本のシャフトで軸方向の往復動と軸周り方向の往復ローリング運動との２つの動作を同時に行なうことができる振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータの小型化を容易に図ることができる。しかも、往復用リニア駆動部及びローリング用リニア駆動部のそれぞれの永久磁石は固定子側ではなく可動子側に設けられているので、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、各駆動部において永久磁石をそれぞれ小型化でき、これに伴い振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータの一層の小型化、低コスト化を図ることができるものである。さらに、吸振錘によって振動側可動子の軸方向の往復動をアシストできるようになり、且つ、ローリング側可動子の往復ローリング運動をアシストできるようになり、軸方向の往復動と往復ローリング運動のそれぞれにおいて大きな出力を得ることが可能となる。
また本発明の請求項７記載の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータにおいては、ローリング駆動両用リニアアクチュエータの一層の小型化、低コスト化を図ることができる効果に加えて、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータを駆動する際の電流の周波数を振動側可動子の共振周波数よりも低い周波数で且つ振動側可動子の共振周波数よりも低い周波数に設定した場合は、低電流で目的とする振幅で軸方向の往復動或いは往復ローリング運動を行なうことができ、また、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ２を駆動する際の電流の周波数を振動側可動子の共振周波数よりも低い周波数で且つ振動側可動子の共振周波数よりも高い周波数に設定した場合は、高電流で目的とする振幅で軸方向の往復動を行なうことができ、大きな出力での往復動が可能となり、一方、振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータを駆動する際の電流の周波数を振動側可動子の共振周波数よりも高い周波数で且つ振動側可動子の共振周波数よりも低い周波数に設定した場合は、高電流で目的とする振幅で軸周り方向の往復ローリング運動を行なうことができ、大きな出力での往復ローリング運動が可能となる。
【００７１】
また本発明の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータを用いた電動歯ブラシは、上記のように１本のシャフトが軸方向の往復動と軸周り方向の往復ローリング運動とを行なうことができると共に、小型で且つ低コストの振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータを用いているので、歯磨き用ブラシの軸方向の往復動と軸周り方向の往復ローリング運動の２つの動作が可能で、しかも軸方向の往復動と往復ローリング運動のそれぞれにおいて大きな出力を得ることが可能となり、低コスト且つ小型の電動歯ブラシを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータの断面図である。
【図２】（ａ）は同上の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータの斜視図、（ｂ）はシールドケースを装着した状態の斜視図である。
【図３】同上の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータの分解斜視図である。
【図４】同上のシャフトのＤカット面付近の断面図である。
【図５】（ａ）は同上のシャフトの外周に振動系のヨークを取付ける例を示す斜視図であり、（ｂ）はヨークの一例を示す側面図である。
【図６】同上のばね受け部材とヨークとの結合前の状態を示す斜視図である。
【図７】同上のシャフトにローリング側ヨーク及びばね受け部材を組み付けた状態の斜視図である。
【図８】（ａ）は同上のローリング用リニア駆動部の動作を説明するための概略断面図、（ｂ）は巻線ボビンの片側に配置される一方のローリング側ステータの磁極子と永久磁石との位置関係を説明する断面図、（ｃ）は巻線ボビンの他の片側に配置される他方のローリング側ステータの磁極子と永久磁石との位置関係を説明する断面図である。
【図９】同上のローリング用リニア駆動部における巻線ボビンとステータの分解斜視図である。
【図１０】（ａ）は同上のシールドケースとローリング用リニア駆動部のステータ付き巻線ボビンの分解斜視図、（ｂ）は同上のシールドケースの断面図である。
【図１１】同上のばね受け部材にばね部材の一端を回り止めする場合の説明図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は同上の吸振錘の正面図、側面断面図、背面図、斜視図である。
【図１３】同上の巻線に印加される電圧を一定にした場合における周波数と可動子の振幅の関係、及び、この関係における周波数と電流の関係を示すグラフである。
【図１４】同上の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータを内蔵した電動歯ブラシの側面断面図である。
【図１５】同上の切り替え手段に関するブロック図である。
【符号の説明】
１ 電動歯ブラシ
２ 振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ
２Ａ 往復用リニア駆動部
２Ｂ ローリング用リニア駆動部
３ シャフト
４，３４ 永久磁石
５，３５ ヨーク
６ ローリング側可動子
７，３７ 巻線
９，３９ ステータ
１０ ローリング側固定子
１１ 磁極子
１３ ばね部材
１７ 吸振錘
２６ ばね受け部材
２９，３０ ばね止め部
３２ 制御部
３３ 切り替え手段
３６ 振動側可動子
４０ 振動側固定子
５０ 非磁性体
Ａ 軸方向
Ｂ 軸周り方向
Claims (9)
- 軸方向に往復動自在に支持され且つ軸周り方向に回転自在に支持されたシャフトの軸方向の一部の外周に、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振動側可動子を構成すると共に上記振動側可動子とこの振動側可動子を往復動方向に支持するばね部材とで往復動方向の振動系を構成し、巻線を備えた筒状をした振動側固定子内に上記振動側可動子を往復動自在に挿通して構成された往復用リニア駆動部と、上記振動側可動子が設けられているシャフトの軸方向の他の部分に永久磁石とヨークとを装着してローリング側可動子を構成すると共に上記ローリング側可動子とこのローリング側可動子を軸周り方向に支持するばね部材とでローリング駆動の振動系を構成し、巻線を備えた筒状をしたローリング側固定子内に上記ローリング側可動子を備えた部分を回転自在に挿通して構成されたローリング用リニア駆動部とを備えると共に、上記振動側固定子及び上記ローリング側固定子の各巻線に電流を印加することで上記シャフトが軸方向の往復動と軸周り方向の往復ローリング運動とを同時に行なえるようにするための制御部を備え、さらに上記往復動方向の振動系と上記ローリング駆動の振動系とに共通の吸振錘を設け、振動側可動子の往復動とローリング側可動子の往復ローリング運動とが同時に行なわれる場合において、吸振錘は振動側可動子とは軸方向に逆位相で往復動され且つローリング側可動子とは軸周り方向に逆位相で回転駆動されるようにしたことを特徴とする振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ。
- 上記制御部は、振動側可動子の往復動とローリング側可動子の往復ローリング運動の２つの動作を同時に行なうモードと、いずれか一方のみを行なうモードとを切り替えるための切り替え手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ。
- 上記ローリング側可動子は、軸方向の往復動範囲内において永久磁石とローリング側ステータの磁極子とのギャップ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２記載の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ。
- 上記往復動方向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乃至請求項３のいずれかに記載の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ。
- 上記往復動方向の振動系のばね部材及びローリング駆動の振動系のばね部材をコイルバネで構成し、コイルバネの両端部の軸周り方向の回転を止める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４記載の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ。
- 上記ばね部材のばね受け部材は、各駆動部の固定子側に設けられるばね止め部と、各駆動部の可動子側に設けられるばね止め部とを有することを特徴とする請求項５記載の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ。
- 軸方向に往復動自在に支持され且つ軸周り方向に回転自在に支持されたシャフトの軸方向の一部の外周に、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なる振動側可動子とこの振動側可動子を往復動方向に支持するばね部材とで往復動方向の振動系を構成すると共に巻線を備えた筒状をした振動側固定子内に上記振動側可動子を往復動自在に挿通して振動側固定子の巻線に電流を印加して振動側可動子をその共振周波数付近で往復動させる往復用リニア駆動部と、上記振動側可動子が設けられているシャフトの軸方向の他の部分に永久磁石とヨークとを装着してなるローリング側可動子とこのローリング側可動子を軸周り方向に支持するばね部材とでローリング駆動の振動系を構成すると共に巻線を備えた筒状をしたローリング側固定子内に上記ローリング側可動子を備えた部分を回転自在に挿通してローリング側固定子の巻線に電流を印加してローリング側可動子をその共振周波数付近で往復ローリング運動させるローリング用リニア駆動部とを備え、上記振動側固定子及び上記ローリング側固定子の各巻線に電流を印加することで上記シャフトが軸方向の往復動と軸周り方向の往復ローリング運動とを同時に行なえるようにするための制御部を備え、さら に上記往復用リニア駆動部、ローリング用リニア駆動部を駆動するにあたり、往復用リニア駆動部又はローリング用リニア駆動部の少なくとも一方を、該当する駆動部における共振周波数よりも低い周波数で駆動させることを特徴とする振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ。
- 上記往復動方向の振動系とローリング駆動の振動系との間に筒状の非磁性体を介在させたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータ。
- 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータを駆動源とし、該振動、ローリング駆動両用リニアアクチュエータのシャフトにより駆動される歯磨き用ブラシを備えていることを特徴とする電動歯ブラシ。
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