JP2004254411A - アクチュエータ及びこれを用いた電動歯ブラシ - Google Patents

Abstract

【課題】運動変換機構を必要とすることなく軸方向の往復運動と軸回りの所定角度内の回動運動とを選択的に行わせる。
【解決手段】軸方向に並んでいる一対の固定子１，１の内周側に夫々可動子２，２が位置している。各固定子１はその内周面に周方向に並び且つ個別に電流が制御される複数のコイル３で夫々磁化される複数の磁極１０を備える。磁石によるＮ極とＳ極とが周方向に並んでいるとともに出力軸７に固定された一対の可動子２，２は、その軸方向位置が固定子１に対して軸方向にずれた位置にあり且つ一対の可動子２においてずれた方向が逆となっている。可動子を回転させることができる上に、固定子と軸方向にずれた位置にある可動子との間に軸方向駆動の力がかかるようにコイルの励磁を行うとともに一方の固定子と可動子及び他方の固定子と可動子を利用することで、軸方向の往復駆動を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアクチュエータ、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アクチュエータとこ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】
電動歯ブラシにおける歯ブラシは、バス磨き用であれば往復直線運動を、ローリング磨き用であれば軸回りの所定角度内の往復回動運動を行うのであるが、電動歯ブラシに用いられている駆動源には、通常の軸回り回転を行うモータを用いたものが多く、この場合、運動変換機構を介して上記の往復直線運動もしくは往復回動運動を行わせている。また、運動変換機構として上記の両種運動を切り換えることができるようにしたものも提供されている。
【０００３】
電動歯ブラシに用いられている駆動源には、リニア振動型のアクチュエータも提供されている。特開２００２−０７８３１０号公報に示された上記アクチュエータは、歯ブラシに直結されることになる出力軸の軸方向の往復振動を直接発生させるものであり、運動変換機構による動力ロスがなく、また高速な振動を行わせることができるものとなっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−０７８３１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のアクチュエータが発生させることができる動きは軸方向の往復振動だけであり、従って電動歯ブラシの駆動源としてみた場合、バス磨きしか行うことができないものであり、ローリング磨きも行わせることができるようにするには、別途運動変換機構を用いなくてはならない。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは運動変換機構を必要とせずに軸方向の往復運動と軸回りの所定角度内の回動運動とを選択的に行わせることができる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にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明に係るアクチュエータは、強磁性体で形成された一対の固定子と、軸方向に並んでいる上記両固定子の内周側に夫々位置している一対の可動子とを備えて、上記の各固定子はその内周面に周方向に並んでいるとともに個別に電流が制御される複数のコイルによって夫々磁化される複数の磁極を備えており、磁石によるＮ極とＳ極とが周方向に並んでいるとともに出力軸に固定されている上記一対の可動子は、その軸方向位置が固定子に対して軸方向にずれた位置にあるとともに、一対の可動子においてそのずれた方向が逆となっていることに特徴を有している。可動子を回転させることができる上に、固定子と軸方向にずれた位置にある可動子との間に軸方向駆動の力がかかるようにコイルの励磁を行うとともに、一方の固定子と可動子及び他方の固定子と可動子を利用することで、双方向の軸方向駆動、つまりは軸方向の往復駆動を行うことができる。
【０００８】
一対の可動子は夫々の固定子に対して他方の固定子寄りにずれた位置にあることが好ましく、この時、可動子の軸方向移動のストロークを可動子端面が固定子の端面に並ぶ位置までに規制されていることが好ましい。
【０００９】
また、各可動子の軸方向全長が固定子の軸方向全長より長いことが好ましい。
【００１０】
可動子及び出力軸を軸方向に付勢するとともに付勢方向が逆となっている一対のばねを備えたものとしてもよい。
【００１１】
そして本発明に係る電動歯ブラシは、請求項１〜５のいずれかの項に記載のアクチュエータを歯ブラシの軸方向駆動及び軸回りの所定角度内の回動駆動用の駆動源としていることに特徴を有している。運動変換機構を介することなく歯ブラシに軸方向運動と軸回りの回動運動とを選択的に行わせることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、このアクチュエータは、軸方向に間隔をおいて配設されてケース６に固定されている一対の円筒状の固定子１，１と、同じく軸方向に間隔をおいて出力軸７に固定されている一対の可動子２，２と、各固定子１に夫々複数個（図示例では４個）設けられたコイル３とからなるもので、鉄などの強磁性体で形成された上記固定子１，１はその内周面に４個のコイル４によって夫々磁化される４個の磁極１０を備えている。図中８は出力軸７を支持している軸受である。
【００１３】
上記２つの可動子２は、いずれも永久磁石で形成されて周方向片側がＮ極、他側がＳ極となっているもので、Ｎ極となっている部分の外面が固定子１における２つの磁極１０，１０と径方向において対向し、Ｓ極となっている部分の外面が固定子１，１における他の２つの磁極１０，１０と径方向において対向している。
【００１４】
そして各可動子２，２は、その軸方向において固定子１の軸方向中心から他方の固定子１側に少し寄ったところに位置するように出力軸７に固定されて、固定子１に対してオフセットされている。
【００１５】
このように構成されたアクチュエータにおいて、図２に示すように、一方の可動子２のＮ極となっている部分に対向している固定子１の２つの磁極をＳ極に励磁し、他方の可動子のＳ極となっている部分に対向している固定子２の２つの磁極をＳ極にすれば、固定子１に対して可動子２が上述のように軸方向においてオフセットされているために、一方の固定子１と可動子２との間には磁気吸引力が軸方向に作用し、他方の固定子１と可動子２との間には磁気反発力が軸方向に作用して、この両力によって図において左方に可動子２，２が駆動される。上記の各磁極をいずれもＮ極に励磁すれば、吸引力と反発力とが逆に働くために可動子２，２は図において右方に駆動される。従って、上記の両状態が交互に生じるように各コイル３に電流を流すことにより、２つの可動子２，２とこれらが固定された出力軸７は軸方向の往復運動を行うことになる。
【００１６】
また、図３に示すように、各固定子１における４つの磁極１０を周方向においてＮ，Ｓ，Ｓ，Ｎ極となるように且つ各可動子２のＮ極となっている部分にＳ極となっている磁極１０とＮ極となっている磁極１０とが対向するように励磁すれば、可動子２には軸回りの一方向に回動させる力が作用するものであり、また各磁極１０を上記と逆の極に励磁すれば、軸回りの逆方向に回動させる力が作用する。従って、これを繰り返させることにより、２つの可動子２，２とこれらが固定された出力軸７は軸回りの往復回動を行うことになる。
【００１７】
つまりは両固定子１，１に設けた複数のコイル４の励磁を切り換えることによって、可動子２，２に軸方向の往復動を行わせたり、軸回りの往復回動を行わせたりすることができるものである。
【００１８】
ちなみに、一方の固定子１における４つの磁極１０を図４に示すように１０ａ１，１０ａ２，１０ａ３，１０ａ４とし、他方の固定子１における４つの磁極を１０ｂ１，１０ｂ２，１０ｂ３，１０ｂ４とし、これらに対して可動子２，２の磁気極性が図４に矢印で示すように配置されている場合、下表に示す励磁を行えばよい。
【００１９】
【表１】

【００２０】
また、上記のアクチュエータでは、一方の固定子１と一方の可動子２との間に働く吸引力が、他方の固定子１と他方の可動子２との間に働く吸引力と軸方向において逆方向となっていることから、一方の固定子１のコイル３と、他方の固定子１のコイル３とを交互に励磁することで軸方向の往復駆動を行ってもよく、更には両可動子２，２に同時に吸引力を働かせるとともにその方向が逆となっている両吸引力の差によって軸方向駆動がなされるようにしてもよい。もっとも軸方向推力を大きくするという点においては、最初に述べた一方の固定子１と一方の可動子２との間に吸引力が、他方の固定子１と他方の可動子２との間に反発力が働くように各コイル３を励磁することで軸方向駆動を行うのが好ましい。
【００２１】
また、上記のアクチュエータにおいては、一方の固定子１と可動子２との間で軸方向駆動力を発生させるとともに他方の固定子１と可動子２との間で回転力を発生させ、次いで一方の固定子１と可動子２との間で回転力を発生させるとともに他方の固定子１と可動子２との間で軸方向駆動力を発生させるということを行えば、可動子２，２に軸方向の往復移動と軸回りの往復回動とを同時に行わせることができる。
【００２２】
固定子１に対する可動子２のオフセットを内側（他方の固定子１側）にとった例を示したが、逆方向にオフセットしてもよい。ただし、軸方向全長の小型化の点では内側にオフセットした方が有利である。
【００２３】
また、可動子２，２その軸方向全長を固定子１，１よりも長くして図５に示すようにオフセット量を大きくしておくと、オフセット位置に可動子２がある時に固定子１と可動子２との間に働く軸方向駆動の力を大きくすることができる点で有利である。
【００２４】
また、両可動子２，２は一体であったり一つの磁石で形成したものであってもよい。
【００２５】
可動子２，２及び出力軸１の軸方向往復動時のストロークは、そのストローク両端の状態を示している図６に示すように、可動子２の外側端面が固定子１の外側端面より外に出ないようにしておくことが望ましい。これは機械的にストロークを制限しても、軸方向駆動時の各コイル３への電流制御によって行ってもよい。
【００２６】
図７は可動子２，２及び出力軸１のばね付勢を行う一対のばね９，９を設けたものを示している。互いに逆方向に付勢するばね９，９と可動子２，２と出力軸７とからなるばね振動系の共振周波数で軸方向往復駆動を行うことにより、大きな振幅を小電力で得ることができる。
【００２７】
なお、このようなアクチュエータを電動歯ブラシの駆動源とする場合、歯ブラシの駆動をきわめて高速で行うことができるために、軸方向運動のストローク及び往復回動運動の時の回動角を大きくすると、歯と歯ブラシとの間の摩擦熱が問題となってしまうことから、上記ストロークは数ｍｍ及び回動角は５°以内といった微小なものでよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、強磁性体で形成された一対の固定子と、軸方向に並んでいる上記両固定子の内周側に夫々位置している一対の可動子とを備えて、上記の各固定子はその内周面に周方向に並んでいるとともに個別に電流が制御される複数のコイルによって夫々磁化される複数の磁極を備えており、磁石によるＮ極とＳ極とが周方向に並んでいるとともに出力軸に固定されている上記一対の可動子は、その軸方向位置が固定子に対して軸方向にずれた位置にあるとともに、一対の可動子においてそのずれた方向が逆となっているために、可動子を回転させることができるだけでなく、固定子と軸軸方向にずれた位置にある可動子との間に軸方向駆動の力がかかるようにコイルの励磁を行うとともに、一方の固定子と可動子及び他方の固定子と可動子を利用することで、双方向の軸方向駆動、つまりは軸方向の往復駆動を行うことができるものであり、可動子に軸方向運動と軸回りの回動運動の両方を選択的に行わせることができる。
【００２９】
一対の可動子は夫々の固定子に対して他方の固定子寄りにずれた位置にあることが軸方向寸法を小さくすることができる点で好ましい。また、この時、可動子の軸方向移動のストロークを可動子端面が固定子の端面に並ぶ位置までに規制されていると、軸方向推力の低下を無くすことができる。
【００３０】
また、各可動子の軸方向全長が固定子の軸方向全長より長いと、可動子がオフセット位置にある時に固定子との間に働く磁気力を大きくすることができるために駆動力を大きくすることができる。
【００３１】
可動子及び出力軸を軸方向に付勢するとともに付勢方向が逆となっている一対のばねを備えたものとしてもよい。省電力で大振幅を得ることができる共振を利用することができる。
【００３２】
そして、このようなアクチュエータを歯ブラシの軸方向駆動及び軸回りの所定角度内の回動駆動用の駆動源としている電動歯ブラシでは、その歯ブラシのバス磨き用の駆動とローリング磨き用の駆動とをアクチュエータのみで行うことができるものであり、運動変換機構を必要としないために小型化が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は概略側面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は同上の軸方向駆動についての説明図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は同上の軸回り回動駆動についての説明図である。
【図４】同上の固定子と可動子の斜視図である。
【図５】他例の概略側面図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は更に他例の概略側面図である。
【図７】別の例の概略側面図である。
【符号の説明】
１ 固定子
２ 可動子
３ コイル
７ 出力軸
１０ 磁極

Claims (6)

1. 強磁性体で形成された一対の固定子と、軸方向に並んでいる上記両固定子の内周側に夫々位置している一対の可動子とを備えて、上記の各固定子はその内周面に周方向に並んでいるとともに個別に電流が制御される複数のコイルによって夫々磁化される複数の磁極を備えており、磁石によるＮ極とＳ極とが周方向に並んでいるとともに出力軸に固定されている上記一対の可動子は、その軸方向位置が固定子に対して軸方向にずれた位置にあるとともに、一対の可動子においてそのずれた方向が逆となっていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 一対の可動子は夫々の固定子に対して他方の固定子寄りにずれた位置にあることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
3. 各可動子の軸方向全長が固定子の軸方向全長より長いことを特徴とする請求項１または２記載のアクチュエータ。
4. 可動子の軸方向移動のストロークを可動子端面が固定子の端面に並ぶ位置までに規制されていることを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。
5. 可動子及び出力軸を軸方向に付勢するとともに付勢方向が逆となっている一対のばねを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のアクチュエータ。
6. 請求項１〜５のいずれかの項に記載のアクチュエータを歯ブラシの軸方向駆動及び軸回りの所定角度内の回動駆動用の駆動源としていることを特徴とする電動歯ブラシ。

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