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JP4400463B2 - 振動型リニアアクチュエータ及びこれを用いた電動歯ブラシ - Google Patents

振動型リニアアクチュエータ及びこれを用いた電動歯ブラシ Download PDF

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Description

本発明は、振動型リニアアクチュエータ及びこれを用いた電動歯ブラシに関するものである。
振動型リニアアクチュエータ、殊に電動歯ブラシの駆動源として好適に用いることができる形態の振動型リニアアクチュエータとして、巻線を備えた筒状の固定子内に、磁性体を備えた筒状の可動子が配設するとともに該可動子に出力取り出し用のシャフトを固定したものがある（特許文献１参照）。
また、上記形態の振動型リニアアクチュエータでの可動子の慣性力による振動という問題点に対処したものとして、可動子とは別に動くことで不要振動を打ち消す吸振錘を設けたものもある（特許文献２参照）。
しかし、可動子と逆位相で動く吸振錘によって振動低減を行う場合、可動子とは別に吸振錘を設けるためにどうしてもサイズが大きくなる上に、可動子及び吸振錘を含む可動部の重量が重くなるために、往復運動させるのに必要なエネルギーも大きくなってしまう。
従って、この振動型リニアアクチュエータを駆動源として用いた電動歯ブラシも、小型化及び省エネルギー化の点で制限を有するものとなっている。
特開２００２−１７６７５８号公報 特許第３４７５９４９号公報
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、小型で効率のよい振動型リニアアクチュエータとこれを用いた電動歯ブラシを提供することを課題とするものである。
上記課題を解決するために本発明に係る振動型リニアアクチュエータは、巻線を備えた筒状の固定子内に磁性体を備えた筒状の可動子が配設されて上記巻線への電流印加で可動子が軸方向の往復運動を行う振動型リニアアクチュエータであって、上記可動子に挿通され且つ軸方向の往復動が可動子に対して自在とされている出力取り出し用のシャフトを備えるとともに、該シャフトを上記可動子に対して逆位相で往復動させる連動部材を備え、固定子内周面との間に磁気空隙を介している上記可動子はシャフトと可動子との間に配された軸受部材によって支持されていることに第１の特徴を有しており、上記可動子に挿通され且つ軸方向の往復動が可動子に対して自在とされている出力取り出し用のシャフトを備えるとともに、該シャフトを上記可動子に対して逆位相で往復動させる連動部材を備え、固定子内周面との間に磁気空隙を介している上記可動子は固定子と可動子との間に配された軸受部材によって支持されていることに第２の特徴を有している。
出力取り出し用のシャフトが可動子の慣性による振動の打ち消し部材となるようにしたものである。
また、上記可動子がシャフトと可動子との間に配された軸受部材によって支持されたものとすることで、全体としての外径を細くすることに有利としたものであり、可動子が固定子と可動子との間に配された軸受部材によって支持されているものとすることで、可動子と固定子との間の磁気空隙をシャフトの撓みなどの影響を受けることなく一定に保つことができて安定した磁気推力を得ることができるようにしたものである。
また上記軸受部材が転がり部材とこの転がり部材を保持する非磁性体製の保持部材とからなるものとすれば、転がり部材が磁性材であっても駆動力を発生する磁気回路の磁力に直接吸引されないために駆動ロスを低減することができる。
また軸受部材が非磁性体製の転がり部材とこの転がり部材を保持する保持部材とからなるものとすれば、駆動力を発生する磁気回路の磁力に転がり部材が吸引されないために駆動ロスを低減することができる。
上記連動部材としては、可動子とシャフトとを連結するばね材を好適に用いることができる。この場合、可動子及びシャフトをばね振動系として扱うことができるために、大出力の取り出しが容易となる。
上記連動部材として、可動子とシャフトとを連結するリンク材を用いてもよく、この場合にはシャフトの往復動をより確実に行うことができる。
そして本発明に係る電動歯ブラシは、上記の振動型リニアアクチュエータを駆動源とするとともに上記シャフトによって駆動される歯磨き用ブラシを備えていることに特徴を有するものであり、小型軽量で且つ低振動のものを得ることができる。
本発明は、磁気駆動によって往復駆動される可動子に対して出力取り出し用のシャフトを逆位相で動かすことによって、出力取り出し用のシャフトが振動打ち消し用の部材として機能するようにしたものであり、不要振動の低減に別途吸振錘を必要としないために小型化及び軽量化の点で有利なものであり、また駆動に必要なエネルギーも少なくてすむために、この点においても小型化に有利なものである。
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図１及び図２は本発明の振動型リニアアクチュエータ３０の一実施形態における断面図と分解斜視図であり、筒状のシールドケース１内に筒状の固定子２を固定してあるとともに、シャフト１３を軸受１４，１４によって軸方向Ａに往復動自在に取り付けてある。上記固定子２はコイルボビン３に巻線４を巻装したコイル部材と該コイル部材のコイルボビン３の両側に筒状のステータ５，５を設けたものとして構成してある。
この固定子２内部には筒状の可動子６を配設してある。シャフト１３に軸受２０，２０を介して取り付けられることで固定子２の内周面との間に所要の磁気空隙７を介している可動子６は、磁性体よりなる筒状のヨーク８と該ヨーク８の軸方向Ａ両側に配した筒状の永久磁石９，９とからなるもので、永久磁石９はその外周面が上記ステータ５の内周面と対応する位置関係としてある。また永久磁石９は軸方向Ａの両端面が互いに異極となっているとともに軸方向Ａにおいて間隔をおいている２つの永久磁石９の軸方向Ａ外側となる面が互いに同極となっている。さらに、永久磁石９の軸方向Ａの両側には連結部材１１を介して前記軸受２０と重量調整用の錘１０とを配している。なお、ここでは可動子６が永久磁石９を備えたものを示したが、磁性体であればよく、永久磁石９でなくてもよい。
そして筒状の可動子６を貫通する軸孔１２に前記シャフト１３が挿通されているわけであるが、このシャフト１３に対して可動子６は前記軸受２０，２０によって軸方向移動が自在となっており、また、可動子６の軸方向Ａ一端とシールドケース１の一端内面との間にはコイルばねからなるばね材１５を配置し、可動子６の軸方向Ａ他端とシャフト１３に設けたばね受け片との間にコイルばねからなるばね材１７を配置し、更にシャフト１３のばね受け片とシールドケース１の他端内面との間にコイルばねからなるばね材１６を配置してある。
これらばね材１５，１６，１７は、可動子６とシャフト１３とをばね振動系のものとすると同時に、可動子６とシャフト１３の質量に応じたばね定数の設定並びに巻線４へ印加する交番電流の周波数が上記ばね振動系の共振周波数付近に設定されることにより、固定子２と可動子６との間に構成される磁気回路によって可動子６に軸方向Ａの往復運動を共振状態で行わせる際、可動子６に対してシャフト１３を逆位相で往復動させる連動部材として機能する。
シャフト１３と可動子６とが互いの不要振動を打ち消すために、可動子６とシャフト１３とは別に吸振錘を設ける必要がないものであり、また可動子６の軸孔１２にシャフト１３を挿通していることから、低振動を実現しながら振動型リニアアクチュエータ３０の小型化が可能となっているものであり、さらには可動部全体の質量を小さくすることができるために、振動型リニアアクチュエータ３０の効率を増加させることが可能となる。
上述の実施例では可動子６の支持を軸受２０，２０を介してシャフト１３で行うことで、軸受２０を固定子２の内周位置から外れたところに配置できるようにして、振動型リニアアクチュエータ３０の径方向Ｂの小型化を図っているが、図３に示すように、固定子２の内周面と可動子６の外周面との間に軸受２０を配してもよい。この場合、可動子６と固定子２との間の磁気空隙７をシャフト１３の撓みなどの影響を受けることなく一定に保つことができるために、さらに安定した磁気推力を得ることができる。なお、軸受２０は固定子２が固定されているシールドケース１と可動子６との間にを設けてもよい。
ところで、軸受２０は転がり部材（図示例では球）２１とこれを保持する保持部材２２とからなるものである場合、転がり部材２１もしくは保持部材２２の少なくとも一方が非磁性体であることが好ましい。転がり部材２１が磁気回路の磁力の影響でその動きが妨げられることによる駆動ロスを低減することができる。
図４に別の実施例を示す。これは可動子２に対してシャフト１３を逆位相で動かすための連動部材として、中程がシールドケース１に軸支され且つ一端が可動子６に、他端がシャフト１３に連結されたリンク２３を用いたもので、可動子６が往復動を行う時、その振動周波数に拘わらず、シャフト１は逆位相で往復動を行う。
本発明に係る振動型リニアアクチュエータは種々の駆動源として用いることができるが、電動歯ブラシの駆動源とした場合の一例を図５に示す。電動歯ブラシの略筒状をしたハウジング３１内にはその長手方向Ｃにおいて上記の振動型リニアアクチュエータ３０と電源としての電池３２とを直列に配置してある。図中３３は制御回路である。そしてハウジング３１の長手方向Ｃの端部から突出させたシャフト１３の一端に歯磨き用ブラシ３４を取り付けることで、ブラシ３４に往復運動を行わせるものである。この電動歯ブラシでは、駆動源である振動型リニアアクチュエータが低振動であることに加えて、軽量な故に取り出せる出力が大であり、しかも小型であることから、取り扱いのしやすいものとなっている。
本発明の実施の形態の一例の断面図である。 同上の分解斜視図である。 他例の断面図である。 他の実施の形態の一例の断面図である。 本発明に係る電動歯ブラシの一例の断面図である。
符号の説明
２ 固定子
４ 巻線
５ 可動子
９ 永久磁石
１３ シャフト
１５ ばね材
１６ ばね材
１７ ばね材

Claims (7)

  1. 巻線を備えた筒状の固定子内に磁性体を備えた筒状の可動子が配設されて上記巻線への電流印加で可動子が軸方向の往復運動を行う振動型リニアアクチュエータであって、上記可動子に挿通され且つ軸方向の往復動が可動子に対して自在とされている出力取り出し用のシャフトを備えるとともに、該シャフトを上記可動子に対して逆位相で往復動させる連動部材を備え、固定子内周面との間に磁気空隙を介している上記可動子はシャフトと可動子との間に配された軸受部材によって支持されていることを特徴とする振動型リニアアクチュエータ。
  2. 巻線を備えた筒状の固定子内に磁性体を備えた筒状の可動子が配設されて上記巻線への電流印加で可動子が軸方向の往復運動を行う振動型リニアアクチュエータであって、上記可動子に挿通され且つ軸方向の往復動が可動子に対して自在とされている出力取り出し用のシャフトを備えるとともに、該シャフトを上記可動子に対して逆位相で往復動させる連動部材を備え、固定子内周面との間に磁気空隙を介している上記可動子は固定子と可動子との間に配された軸受部材によって支持されていることを特徴とする振動型リニアアクチュエータ。
  3. 上記軸受部材は転がり部材とこの転がり部材を保持する非磁性体製の保持部材とからなることを特徴とする請求項１または２記載の振動型リニアアクチュエータ。
  4. 上記軸受部材は非磁性体製の転がり部材とこの転がり部材を保持する保持部材とからなることを特徴とする請求項１または２記載の振動型リニアアクチュエータ。
  5. 上記連動部材は可動子とシャフトとを連結するばね材であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の振動型リニアアクチュエータ。
  6. 上記連動部材は可動子とシャフトとを連結するリンク材であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の振動型リニアアクチュエータ。
  7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の振動型リニアアクチュエータを駆動源とするとともに上記シャフトによって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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