JP4155101B2 - 振動型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
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動型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】
従来から振動型のリニアアクチュエータとして特許文献１が知られている。この従来例は、軸方向に往復動自在に支持した軸の外周部に磁性体よりなるプランジャーを取着してあり、このプランジャーの外周に隙間を介して環状のコイルを配設し、シールドケースの内面に固定された上記コイルの軸方向の両側にコイルに対して対称に磁着された環状の永久磁石を配設し、これら永久磁石とコイルとの間に環状のヨークを配設し、永久磁石の上記ヨークと反対側の位置に環状の別のヨークを配設している。プランジャとシールドケースとの間にはばね材が配置してあって、プランジャーを往復動方向に支持している。そして、コイルに電流を流していない時、永久磁石がヨークを介してプランジャーに及ぼす磁力とばね力とが釣り合う位置においてプランジャは停止している。
【０００３】
そして、コイルに一方向電流を流すと、２つの永久磁石のうちの一方の磁束が弱められるためにばね材に抗して他方の磁石側に移動し、コイルに逆方向電流を流せば、ばね材に抗して逆方向に移動することから、コイルに交番電流を流すことでプランジャーが軸方向に往復振動を行うようになっている。
【０００４】
ところが、上記のような振動型リニアアクチュエータにおいては、永久磁石がプランジャーの外周に隙間を介して配設した固定側であるコイルの軸方向の両側に設けてあるので、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も高くなるという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１７６７５８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でリニアアクチュエータの低コスト化を実現し、安価な電動歯ブラシを提供することを課題とするものである。
【０００７】
【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型リニアアクチュエータは、
軸方向に往復動自在に支持されたシャフト１の外周に中心軸がシャフト１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２を２つ軸方向に並設し、該２つの永久磁石２のそれぞれの軸方向の外側となる面を互いに同極とし、２つの永久磁石２の軸方向の両端面に隣接して筒状のヨーク９を設け、２つの永久磁石２の内側のヨーク９間に筒状の鉄心８を設けて可動子３を構成し、コイルボビン１０に巻線４を巻装すると共にコイルボビン１０の両側に筒状をしたステータ１１を設けて筒状をした固定子５を構成し、該筒状をした固定子５内に上記可動子３を往復動自在に挿通すると共に巻線４に電流を印加して可動子３を往復動させて成ることを特徴とするものである。
【０００８】
このように、筒状の永久磁石２がシャフト１に装着されているので、筒状の固定子５側に永久磁石２を設ける場合に比べて、筒状の永久磁石２の内径及び外径が小さくなって永久磁石２の体積が小さくなり、これに伴い永久磁石のコストが安くなり、振動型リニアアクチュエータＡのコストを低減することができるものである。また、筒状をした永久磁石２は軸方向の両端面部がそれぞれ異極となっていることで、永久磁石２の構成が簡単であり、容易に本発明に使用する永久磁石２を得ることができるものである。特に、２つの永久磁石２のそれぞれの軸方向の外側となる面を互いに同極とし、２つの永久磁石２の軸方向の両端面に隣接して筒状のヨーク９を設け、２つの永久磁石２の内側のヨーク９間に筒状の鉄心８を設けて可動子３を構成し、コイルボビン１０に巻線４を巻装すると共にコイルボビン１０の両側に筒状をしたステータ１１を設けて筒状をした固定子５を構成してあるので、筒状の鉄心８が固定子５の巻線４側に発生する磁束を可動子３の両永久磁石２に効果的に通すことができて、２つの永久磁石２により大きな磁束を出すことができ、また、固定子５の巻線４側に発生する磁束を可動子３の両永久磁石２に効果的に通すことがで き、また、永久磁石２の両側に設ける筒状のヨーク９により永久磁石２の磁束を通しやすくすることができ、永久磁石２の磁束を効果的に使うことができて効率が良くなる。
【０００９】
また、２つの永久磁石２間にある筒状の鉄心８の内径が永久磁石２あるいは永久磁石２に隣接するヨーク９の内径よりも大きいことが好ましい。
【００１０】
このような構成とすることで、鉄心８の重量を軽くできて可動子３を軽量化でき、また、巻線４側に発生する磁束が鉄心８を効果的に通ることができて、巻線４側において発生する磁束を有効に使うことができるものである。
【００１１】
また、シャフト１が非磁性体であることが好ましい。
【００１２】
このような構成とすることで、永久磁石２のもつ磁束がシャフト１側に通らずステータ１１側に有効に使うことができる。
【００１３】
また、シャフト１が磁性体であり、シャフト１と筒状の永久磁石２とが非磁性体を介して結合していることが好ましい。
【００１４】
このような構成とすることで、シャフト１の強度を確保するためにシャフト１を磁性体としたにもかかわらず、永久磁石２のもつ磁束がシャフト１側に通らずステータ１１側に有効に使うことができる。
【００１５】
また、巻線４を巻装したコイルボビン１０の軸方向の両側にステータ１１を設けて固定子５を構成し、可動子３の２つの永久磁石２間隔を２つのステータ１１間隔よりも狭くし、筒状の固定子５における２つのステータ１１間の軸方向における中心位置が可動子３が往復動していない状態における２つの永久磁石２間の軸方向における中心位置と略一致していることが好ましい。
【００１６】
このように可動子３の２つの永久磁石２間隔を２つのステータ１１間隔よりも狭くすることで、可動子３の２つの永久磁石２間隔を２つのステータ１１間隔よりも広くする場合に比べて可動子３を小さく且つ軽量化でき、また、筒状の固定子５における２つのステータ１１間の軸方向における中心位置が可動子３が往復動していない状態における２つの永久磁石２間の軸方向における中心位置と略一致していることで、振幅の中立位置における永久磁石２によるステータ１１に対する引っ張り、反発をゼロにでき、これにより、組み立て性も向上する。
【００１７】
また、永久磁石２に隣接している筒状のヨーク９の内周部と磁性体により形成したシャフト１外周との間に隙間１２を設け、ヨーク９の内周部からシャフト１方向に突出した突起１３をシャフト１に結合することが好ましい。
【００１８】
このような構成とすることで、シャフト１の強度を確保するためにシャフト１を磁性体としたにもかかわらず、永久磁石２のもつ磁束がシャフト１側に通らずステータ１１側に有効に使うことができる。
【００１９】
また、可動子３の軸周りの位置決めをするための位置決め手段を設けることが好ましい。
【００２０】
このような構成とすることで、可動子３は軸周りの回転が規制され、軸方向の往復動のみをスムーズに行うことができるものである。
【００２１】
また、軸方向に往復動する可動子３と、該可動子３を往復動方向に支持するばね部材７とで往復動方向の振動系を構成し、固定子５の巻線４に電流を印加することで上記可動子３をその共振周波数より低い周波数で往復駆動することが好ましい。
【００２２】
このような構成とすることで、低電流で目的とする振幅で往復駆動させることができ、特に、リニアアクチュエータの電源が電池電源の場合において、電池電源の長寿命化が図れるものである。
【００２３】
また、軸方向に往復動する可動子３と、該可動子３を往復動方向に支持するばね部材７とで往復動方向の振動系を構成し、固定子５の巻線４に電流を印加することで上記可動子３をその共振周波数より高い周波数で往復駆動するものであることが好ましい。
【００２４】
このような構成とすることで、高電流で目的とする振幅で往復駆動させることができ、大きな出力を得ることができる振動型リニアアクチュエータを提供することができる。
【００２５】
また、本発明の振動型リニアアクチュエータを用いた電動歯ブラシは、上記記載の振動型リニアアクチュエータＡを備え、該振動型リニアアクチュエータＡのシャフト１により駆動される歯磨き用ブラシ１４を備えていることを特徴とするものである。
【００２６】
このような構成とすることで、筒状の永久磁石２がシャフト１に装着されているので、筒状の固定子５側に永久磁石２を設ける場合に比べて、筒状の永久磁石２の内径及び外径が小さくなって永久磁石２の体積が小さくなり、これに伴い永久磁石のコストが安くなり、振動型リニアアクチュエータＡのコストを低減することができ、この安価な振動型リニアアクチュエータＡを駆動減とする電動歯ブラシであるから、電動歯ブラシを安価に提供できるものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００２８】
図１には振動型リニアアクチュエータＡの基本構成図が示してある。
【００２９】
筒状（実施形態では円筒状）をしたシールドケース１６内には筒状をした固定子５が内装してある。固定子５はコイルボビン１０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１０の両側に筒状をしたステータ１１を設けて構成してある。
【００３０】
シールドケース１６内の軸方向の両端部には軸受け部１７が設けてあり、該シールドケース１６に嵌挿したシャフト１が上記両軸受け部１７に軸方向に往復動自在に支持してある。このシャフト１にはシャフト１の外周に中心軸がシャフト１の中心軸と略一致する筒状（実施形態では円筒状）をした永久磁石２が装着してあって可動子３を構成してある。筒状をした永久磁石２はシャフト１の軸方向に所定間隔を隔てて２個装着してある。筒状をした永久磁石２は軸方向の両端面部がそれぞれ異極となったものであり、更に、２個の永久磁石２のそれぞれの軸方向の外側となる面が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の左側の筒状をした永久磁石２の右側の端面を仮にＮ極とすると、該左側の永久磁石２の左側の端面がＳ極となり、右側の筒状をした永久磁石２の右側の端面がＳ極となると共に該右側の永久磁石２の右側の端面がＮ極となる（また、左側の筒状をした永久磁石２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。
【００３１】
このようにシャフト１に永久磁石２を設けて構成した可動子３は筒状をした固定子５の内周側に所定のギャップを介して挿入してあり、可動子３の２個の筒状をした永久磁石２の外面は固定子５のコイルボビン１０の軸方向における両側に設けた２個の筒状をしたステータ１１の内面と対応する位置関係となっている。
【００３２】
可動子３を往復動方向に支持するばね部材７が設けてあって、可動子３とばね部材７とで往復動方向の振動系を構成してある。すなわち、両永久磁石２と軸受け部１７との間にはばね部材７が介在してあって、可動子３の往復動に伴って伸張又は圧縮して圧縮ばね力、引っ張りばね力を可動子３に付与するようになっている。
【００３３】
そして、巻線４に電流を流していないときには永久磁石２がステータ１１に及ぼす磁力とばね部材７のばね力が釣り合う位置で可動子３が停止している。巻線４に一方向の電流を流すと上記可動子３が一方向に移動し、巻線４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４に交番電流を流すことによって可動子３を軸方向に往復動させることができるものであり、この場合、ばね部材７のばね定数及び可動子３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、これにより可動子３の振動量（振幅量）を多く取れることになる。
【００３４】
ここで、上記のように、振動型リニアアクチュエータＡを構成する際、高価な永久磁石２の使用に当たり、筒状の固定子５側に永久磁石２を設けるのではなく、固定子５内に往復動自在に挿入される可動子３側に筒状の永久磁石２を設けているので、筒状の永久磁石２の内径及び外径が小さくなって永久磁石２の体積が小さくなるものであり、これに伴い永久磁石２のコストが安くなって振動型リニアアクチュエータＡのコストを低減することができることになる。しかも、筒状をした永久磁石２は軸方向の両端面部がそれぞれ異極となっているので、例えば、軸方向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１の外周に装着するための筒状の永久磁石２を形成することが可能となるものであり、永久磁石２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。
【００３５】
また、図１のように、シャフト１に筒状の永久磁石２を２つ軸方向に並設すると、２つの永久磁石２により大きな磁束を出すことができるものである。
【００３６】
図２には参考例が示してあり、本参考例の基本的構成は上記図１の基本構成図に示すものと同じであるので重複する説明は省略し、異なる点について述べる。本参考例においては、シャフト１の外周に装着した筒状をした永久磁石２の軸方向の両端面に隣接して磁性体よりなる筒状のヨーク９を設けた点に特徴があり、このように、可動子３の筒状をした永久磁石２の軸方向の端面側に隣接して筒状のヨーク９を設ける構成とすることで、ヨーク９により永久磁石２の磁束を通しやすくすることができ、永久磁石２の磁束を効果的に使うことができて効率が良くなるものである。
【００３７】
図３には本発明の実施形態が示してあり、本実施形態の基本的構成は上記図１の基本構成図に示すもの、図２に示す参考例に示すものと基本構成が同じである同じであるので重複する説明は省略し、異なる点について述べる。すなわち、本実施形態においては、図３に示すように、シャフト１に筒状の永久磁石２を２つ軸方向に並設し、この２つの永久磁石２のそれぞれの軸方向の外側となる面を互いに同極とし、２つの永久磁石２の軸方向の両端面に隣接して筒状のヨーク９を設け、２つの永久磁石２の内側のヨーク９間に筒状の鉄心８（巻線４に電流を流した場合に発生する磁束の通路となる筒状の鉄心８）を設けて可動子３を構成し、コイルボビン１０に巻線４を巻装すると共にコイルボビン１０の両側に筒状をしたステータ１１を設けて筒状をした固定子５を構成したものであり、このように２つの永久磁石２を設けることで永久磁石２による大きな磁力を出すことができ、また、２つの永久磁石２を設けたものにおいて筒状の鉄心８が固定子５の巻線４側に発生する磁束のバイパスとなる通路を形成することになって巻線４側に発生した磁束を可動子３の両永久磁石２に効果的に通すことができることになる。
【００３８】
ここで、２つの永久磁石２間にある筒状の鉄心８の内径が後述の図５乃至図９に示す実施形態のように筒状の永久磁石２あるいは永久磁石２に隣接する筒状のヨーク９の内径よりも大きくすることが好ましいものである。
【００３９】
すなわち、筒状の鉄心８により巻線４側に発生した磁路を形成するにあたって、最短の磁路を形成しようとすると筒状の鉄心８の外径を永久磁石２あるいはヨーク９の外形とほぼ等しくする必要があるが、この場合、筒状の鉄心８の内径を筒状の永久磁石２の内径や筒状のヨーク９の内径と同じにすると筒状の鉄心８の重量が重くなって可動子３の重量が重くなって好ましくないが、上記のように、筒状の永久磁石２あるいは永久磁石２に隣接する筒状のヨーク９の内径よりも大きくすることで、鉄心８の重量を軽くできて可動子３を軽量化できることになる。しかも、この場合、鉄心８により巻線４側に発生する磁束が最短距離で通る磁路を形成できて、巻線４側において発生する磁束を有効に使うことができることになる。なお、図８に示す実施形態においては、筒状の鉄心８の内周とシャフト１の外周との間に空間３０を形成した例である。
【００４０】
ところで、シャフト１を非磁性体により構成すると、シャフト１に装着した永久磁石２の磁束がシャフト１側に通らずステータ１１側に有効に使用することができるものである。
【００４１】
一方、シャフト１を鉄のような磁性体で形成する場合には、シャフト１の強度が強く、可動子３の機械的強度を高めることができるが、シャフト１に装着した永久磁石２の磁束の一部がシャフト１側に流れることになってステータ１１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４、図５、図６、図７、図９に示すように磁性体よりなるシャフト１と筒状の永久磁石２とが非磁性体よりなる筒状のスペーサ部材１９を介して結合する。上記図４、図５、図６、図７、図９に示す実施形態においては、筒状のヨーク９、筒状の鉄心８を設けたものにおいて、磁性体よりなるシャフト１と筒状の永久磁石２とが非磁性体よりなるスペーサ部材１９を介在することに加え、上記非磁性体よりなる筒状のスペーサ部材１９の他の部位がシャフト１と筒状のヨーク９との間、シャフト１と筒状の鉄心８との間に介在してある。ここで、図５、図６、図７、図９のように、筒状の鉄心８の内径が筒状の永久磁石２あるいは永久磁石２に隣接する筒状のヨーク９の内径よりも大きくしたものにおいては、非磁性体よりなるスペーサ部材１９の軸方向の中央部分の外径を軸方向の両側の部分の外径より大径とし、スペーサ部材１９の上記大径となった中央部をシャフト１と筒状の鉄心８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１９を介在することでシャフト１の強度を確保するためにシャフト１を磁性体としたにもかかわらず、永久磁石２のもつ磁束がシャフト１側に通らずステータ１１側に有効に使うことができることになる。
【００４２】
また、図１１に示すように永久磁石２に隣接している筒状のヨーク９の内周部と磁性体により形成したシャフト１外周との間に隙間１２を設け、ヨーク９の内周部からシャフト１方向に突出した突起１３をシャフト１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１の強度を確保するためにシャフト１を磁性体としたにもかかわらず、永久磁石２のもつ磁束がシャフト１側に通らずステータ１１側に有効に使うことができる。
【００４３】
そして、図１２に示すように、ヨーク９の内周部と磁性体により形成したシャフト１外周との間に隙間１２を設け、ヨーク９の内周部からシャフト１方向に複数の突起１３を突設してシャフト１外周面に圧接して取付けるのであるが、ヨーク９に非磁性体よりなるばね部材７の一端部を支持する際に、ばね受け部材２９を介してばね部材７を支持するようにしてもよい。つまり、ばね部材７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２９に設けた係合突部２９ａを、上記ヨーク９の内周部と磁性体により形成したシャフト１外周との間に形成される上記隙間１２に嵌め込んで、ばね付け部材２９とシャフト１に固定したヨーク９とを係合するようにしてもよいものである。
【００４４】
図６、図７、図９に示す実施形態においては、巻線４を巻装したコイルボビン１０の軸方向の両側にステータ１１を設けて固定子５を構成し、シャフト１の軸方向に間隔を隔てて２つの永久磁石２を装着して可動子３を構成した振動型リニアアクチュエータＡにおいて、上記可動子３に設けた２つの永久磁石２間隔を２つのステータ１１間隔よりも狭くし、更に、筒状の固定子５における２つのステータ１１間の軸方向における中心位置が可動子３が往復動していない状態における２つの永久磁石２間の軸方向における中心位置と略一致させてある。
【００４５】
このように可動子３の２つの永久磁石２間隔を２つのステータ１１間隔よりも狭くすると、可動子３の２つの永久磁石２間隔を２つのステータ１１間隔よりも広くする場合に比べて可動子３を小さく且つ軽量化できるものである。また、上記のように筒状の固定子５における２つのステータ１１間の軸方向における中心位置を可動子３が往復動していない状態における２つの永久磁石２間の軸方向における中心位置と略一致させるように設定することで、振幅の中立位置における永久磁石２によるステータ１１に対する引っ張り、反発をゼロにでき、これにより、ばね部材７の設計も容易となり、上記のように筒状の固定子５における２つのステータ１１間の軸方向における中心位置を可動子３が往復動していない状態における２つの永久磁石２間の軸方向における中心位置と略一致させるように組み立てることでよくて組み立て性も向上するものである。
【００４６】
図９においては、シャフト１の一端部は断面Ｄ字状に形成してあり、一方の軸受け部１７に設けた軸周りの位置決め手段となるＤ字状の孔部２５に上記シャフト１の一端部の断面Ｄ字状をした部分１ａが嵌め込んであって該シャフト１は軸方向には移動できるが、軸周り方向の回動を規制して軸周り方向の位置決めをしている。もちろん上記した他の実施形態においても本実施形態と同様にしてシャフト１の軸周りの位置決めを行うようにしてもよいものである。
【００４７】
また、図９には吸振錘２０を設けた例が示してある。吸振錘２０は略筒状をしていてシャフト１に遊びを持たせて被嵌してあり、筒状のシールドケース１６の軸方向の一端部側に設けた軸受け部１７と、２個の永久磁石２のうち上記一方の軸受け部１７に対向する永久磁石２の軸方向の外側に隣接して設けたヨーク９との間に位置しており、該ヨーク９と吸振錘２０の軸方向の一端部との間にばね材７ａを介在させ、更に、上記一方の軸受け部１７と吸振錘２０の軸方向の他端部との間に別のばね材７ｂを介在させ、両ばね材７ａ、７ｂにより支持してある。したがって、本実施形態においては、軸方向に往復動する可動子３と、該可動子３を往復動方向に支持するばね材７として、上記中間部に吸振錘２０を支持したばね材７ａ、７ｂと、筒状のシールドケース１６の軸方向の他端部側に設けた軸受け部１７と、２個の永久磁石２のうち上記他方の軸受け部１７に対向する永久磁石２の軸方向の外側に隣接して設けたヨーク９との間に介在したばね部材７ｃとの３つのばね部材７を設けてある。
【００４８】
そして、本実施形態においては、固定子５とシールドケース１６を固定部とし、可動子３の質量、吸振錘２０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、可動子３と吸振錘２０とが同位相で運動する第１次（低次側）の振動モードと、可動子３と吸振錘２０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次の固有振動数近傍の周波数の電流を巻線４に印加することで、可動子３に軸方向の往復動を行わせた場合に、逆移動の運動を行う吸振錘２０が可動子３の慣性力を打ち消すものであり、逆に吸振錘２０の慣性力を可動子３が打ち消すものである。これにより、シールドケース１６側に伝わる振動を減少させることができるのである。もちろん、上記した各実施形態においても本実施形態と同様に吸振錘２０を設けてもよいものである。
【００４９】
ここで、上記各実施形態のものは、軸方向に往復動する可動子３と、該可動子３を往復動方向に支持するばね部材７とで往復動方向の振動系を構成しているが、このような振動型リニアアクチュエータＡ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３の振幅の関係、及び、この場合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３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３の振動量（振幅量）を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３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において範囲トで示す）、及び、２５０［Ｈｚ］以上、２８０［Ｈｚ］以下の範囲（図１３において範囲ヘで示す）では、それぞれ、０．５［ｍｍ］以上の振幅となり、このような範囲内に可動子３の振幅が設定されると、ばね部材７を利用して可動子３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３を往復動させる場合（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往復動させることができ、特に振動型リニアアクチュエータＡの電源が電池電源の場合において、電池電源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往復動させることができ、大きな出力を得ることができる。
【００５０】
本発明の上記した各実施形態に示す振動型リニアアクチュエータＡ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。
【００５１】
図１４には上記振動型リニアアクチュエータＡを備えた電動歯ブラシの一例を示している。
【００５２】
電動歯ブラシの略筒状をした細長いハウジング１５内にはハウジング１５内の長手方向の略半分に上記の振動型リニアアクチュエータＡが内装してあり、ハウジング１５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１５内には制御回路部２２が内装してあり、更に、図示を省略しているがハウジング１５の外周面部にはスイッチが設けてある。ハウジング１５に内装した振動型リニアアクチュエータＡの可動子３のシャフト１の一端部は筒状をした細長いハウジング１５の長手方向の一端面部に露出しており、このシャフト１の一端部に歯磨き用ブラシ１４の柄部２６の長手方向の一端部を取付けてあり（柄部２６はシャフト１に固定してもよく、あるいは着脱自在に取付けてもよく、着脱自在に取付ける場合には柄部２６はシャフト１と一体に軸方向に移動するように取付けるのでるがこの際シャフト１に対して軸周りには回動しないように取付ける）、柄部２６の長手方向の他端部の一側面に柄部２６の長手方向と略直交する方向に突出するブラシ部２７が設けてある。
【００５３】
しかして、振動型リニアアクチュエータＡの巻線４に電流を印加することで、シャフト１を軸方向に往復動してシャフト１に取付けた歯磨き用ブラシ１４を軸方向に往復動し、これによりブラシ部２７を往復動して歯磨きを行うものである。
【００５４】
そして、上記振動型リニアアクチュエータＡを備えた電動歯ブラシにおいては、既に述べたように振動型リニアアクチュエータＡが筒状の永久磁石２をシャフト１に装着することで低コスト化した振動型リニアアクチュエータＡ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。
【００５５】
なお、本発明の電動歯ブラシにおいて、ハウジング１５に内装する振動型リニアアクチュエータＡとして前述のような可動子３の軸周りの位置決めをするための位置決め手段を設けたものを使用した場合には、振動型リニアアクチュエータＡのシールドケース１６をハウジング１５に対してシャフト１の軸周りに回動しないように取付け、且つ、シャフト１の一端部に歯磨き用ブラシ１４の柄部２６の長手方向の一端部を軸周りに回動しないように取付けることで、ブラシ部２７の突出する向きと、ハウジング１５に設けたスイッチとの位置との関係を一定の関係とすることができ、電動歯ブラシとしての操作性を損なわないものである。
【００５６】
【発明の効果】
上記のように本発明の振動型リニアアクチュエータにおいては、リニアアクチュエータにおける筒状の永久磁石の内径及び外径が小さくなって永久磁石の体積が小さくなり、これに伴い永久磁石のコストが安くなり、振動型リニアアクチュエータのコストを低減することができ、また、筒状をした永久磁石は軸方向の両端面部がそれぞれ異極となっていることで、永久磁石の構成が簡単であり、容易に本発明の振動型リニアアクチュエータに使用する永久磁石を得ることができて、この点でも振動型リニアアクチュエータのコストを低減することができる。特に、２つの永久磁石のそれぞれの軸方向の外側となる面を互いに同極とし、２つの永久磁石の軸方向の両端面に隣接して筒状のヨークを設け、２つの永久磁石の内側のヨーク間に筒状の鉄心を設けて可動子を構成し、コイルボビンに巻線を巻装すると共にコイルボビンの両側に筒状をしたステータを設けて筒状をした固定子を構成してあるので、筒状の鉄心が筒状の鉄心が巻線に発生する磁束のバイパスとなる通路を形成し、固定子の巻線側に発生する磁束を可動子の両永久磁石に効果的に通すことができて、２つの永久磁石により大きな磁束を出すことができ、また、固定子の巻線側に発生する磁束を可動子の両永久磁石に効果的に通すことができ、また、永久磁石の両側に設ける筒状のヨークにより永久磁石の磁束を通しやすくすることができ、永久磁石の磁束を効果的に使うことができて効率が良くなる。
【００５７】
また、本発明の振動型リニアアクチュエータを用いた電動歯ブラシは、上記のように低コストの振動型リニアアクチュエータを用いているので、電動歯ブラシを低コストで提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 振動型リニアアクチュエータの基本構成を示す説明のための断面図である。
【図２】 参考例の断面図である。
【図３】 本発明の実施形態の断面図である。
【図４】 同上の他の実施形態の断面図である。
【図５】 同上の更に他の実施形態の断面図である。
【図６】 同上の更に他の実施形態の断面図である。
【図７】 同上の更に他の実施形態の断面図である。
【図８】 同上の更に他の実施形態の断面図である。
【図９】 （ａ）は同上の更に他の実施形態の断面図であり、（ｂ）は可動子の軸周りの位置決めをするための位置決め手段の一例を示す側面図である。
【図１０】 同上の分解斜視図である。
【図１１】 （ａ）は同上のシャフトの外周とヨークの内周との間に隙間を形成するようにヨークをシャフトに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１２】 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１３】 同上の振動型リニアアクチュエータ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の振幅の関係及びこの場合における周波数と電流の関係をグラフである。
【図１４】 同上の振動型リニアアクチュエータを用いた電動歯ブラシの断面図である。
【符号の説明】
１ シャフト
２ 永久磁石
３ 可動子
４ 巻線
５ 固定子
７ ばね部材
８ 鉄心
９ ヨーク
１０ コイルボビン
１１ ステータ
１２ 隙間
１３ 突起
１４ 歯磨き用ブラシ
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動型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】
従来から振動型のリニアアクチュエータとして特許文献１が知られている。この従来例は、軸方向に往復動自在に支持した軸の外周部に磁性体よりなるプランジャーを取着してあり、このプランジャーの外周に隙間を介して環状のコイルを配設し、シールドケースの内面に固定された上記コイルの軸方向の両側にコイルに対して対称に磁着された環状の永久磁石を配設し、これら永久磁石とコイルとの間に環状のヨークを配設し、永久磁石の上記ヨークと反対側の位置に環状の別のヨークを配設している。プランジャとシールドケースとの間にはばね材が配置してあって、プランジャーを往復動方向に支持している。そして、コイルに電流を流していない時、永久磁石がヨークを介してプランジャーに及ぼす磁力とばね力とが釣り合う位置においてプランジャは停止している。
【０００３】
そして、コイルに一方向電流を流すと、２つの永久磁石のうちの一方の磁束が弱められるためにばね材に抗して他方の磁石側に移動し、コイルに逆方向電流を流せば、ばね材に抗して逆方向に移動することから、コイルに交番電流を流すことでプランジャーが軸方向に往復振動を行うようになっている。
【０００４】
ところが、上記のような振動型リニアアクチュエータにおいては、永久磁石がプランジャーの外周に隙間を介して配設した固定側であるコイルの軸方向の両側に設けてあるので、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も高くなるという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１７６７５８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でリニアアクチュエータの低コスト化を実現し、安価な電動歯ブラシを提供することを課題とするものである。
【０００７】
【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型リニアアクチュエータは、
軸方向に往復動自在に支持されたシャフト１の外周に中心軸がシャフト１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２を２つ軸方向に並設し、該２つの永久磁石２のそれぞれの軸方向の外側となる面を互いに同極とし、２つの永久磁石２の軸方向の両端面に隣接して筒状のヨーク９を設け、２つの永久磁石２の内側のヨーク９間に筒状の鉄心８を設けて可動子３を構成し、コイルボビン１０に巻線４を巻装すると共にコイルボビン１０の両側に筒状をしたステータ１１を設けて筒状をした固定子５を構成し、該筒状をした固定子５内に上記可動子３を往復動自在に挿通すると共に巻線４に電流を印加して可動子３を往復動させて成ることを特徴とするものである。
【０００８】
このように、筒状の永久磁石２がシャフト１に装着されているので、筒状の固定子５側に永久磁石２を設ける場合に比べて、筒状の永久磁石２の内径及び外径が小さくなって永久磁石２の体積が小さくなり、これに伴い永久磁石のコストが安くなり、振動型リニアアクチュエータＡのコストを低減することができるものである。また、筒状をした永久磁石２は軸方向の両端面部がそれぞれ異極となっていることで、永久磁石２の構成が簡単であり、容易に本発明に使用する永久磁石２を得ることができるものである。特に、２つの永久磁石２のそれぞれの軸方向の外側となる面を互いに同極とし、２つの永久磁石２の軸方向の両端面に隣接して筒状のヨーク９を設け、２つの永久磁石２の内側のヨーク９間に筒状の鉄心８を設けて可動子３を構成し、コイルボビン１０に巻線４を巻装すると共にコイルボビン１０の両側に筒状をしたステータ１１を設けて筒状をした固定子５を構成してあるので、筒状の鉄心８が固定子５の巻線４側に発生する磁束を可動子３の両永久磁石２に効果的に通すことができて、２つの永久磁石２により大きな磁束を出すことができ、また、固定子５の巻線４側に発生する磁束を可動子３の両永久磁石２に効果的に通すことがで き、また、永久磁石２の両側に設ける筒状のヨーク９により永久磁石２の磁束を通しやすくすることができ、永久磁石２の磁束を効果的に使うことができて効率が良くなる。
【０００９】
また、２つの永久磁石２間にある筒状の鉄心８の内径が永久磁石２あるいは永久磁石２に隣接するヨーク９の内径よりも大きいことが好ましい。
【００１０】
このような構成とすることで、鉄心８の重量を軽くできて可動子３を軽量化でき、また、巻線４側に発生する磁束が鉄心８を効果的に通ることができて、巻線４側において発生する磁束を有効に使うことができるものである。
【００１１】
また、シャフト１が非磁性体であることが好ましい。
【００１２】
このような構成とすることで、永久磁石２のもつ磁束がシャフト１側に通らずステータ１１側に有効に使うことができる。
【００１３】
また、シャフト１が磁性体であり、シャフト１と筒状の永久磁石２とが非磁性体を介して結合していることが好ましい。
【００１４】
このような構成とすることで、シャフト１の強度を確保するためにシャフト１を磁性体としたにもかかわらず、永久磁石２のもつ磁束がシャフト１側に通らずステータ１１側に有効に使うことができる。
【００１５】
また、巻線４を巻装したコイルボビン１０の軸方向の両側にステータ１１を設けて固定子５を構成し、可動子３の２つの永久磁石２間隔を２つのステータ１１間隔よりも狭くし、筒状の固定子５における２つのステータ１１間の軸方向における中心位置が可動子３が往復動していない状態における２つの永久磁石２間の軸方向における中心位置と略一致していることが好ましい。
【００１６】
このように可動子３の２つの永久磁石２間隔を２つのステータ１１間隔よりも狭くすることで、可動子３の２つの永久磁石２間隔を２つのステータ１１間隔よりも広くする場合に比べて可動子３を小さく且つ軽量化でき、また、筒状の固定子５における２つのステータ１１間の軸方向における中心位置が可動子３が往復動していない状態における２つの永久磁石２間の軸方向における中心位置と略一致していることで、振幅の中立位置における永久磁石２によるステータ１１に対する引っ張り、反発をゼロにでき、これにより、組み立て性も向上する。
【００１７】
また、永久磁石２に隣接している筒状のヨーク９の内周部と磁性体により形成したシャフト１外周との間に隙間１２を設け、ヨーク９の内周部からシャフト１方向に突出した突起１３をシャフト１に結合することが好ましい。
【００１８】
このような構成とすることで、シャフト１の強度を確保するためにシャフト１を磁性体としたにもかかわらず、永久磁石２のもつ磁束がシャフト１側に通らずステータ１１側に有効に使うことができる。
【００１９】
また、可動子３の軸周りの位置決めをするための位置決め手段を設けることが好ましい。
【００２０】
このような構成とすることで、可動子３は軸周りの回転が規制され、軸方向の往復動のみをスムーズに行うことができるものである。
【００２１】
また、軸方向に往復動する可動子３と、該可動子３を往復動方向に支持するばね部材７とで往復動方向の振動系を構成し、固定子５の巻線４に電流を印加することで上記可動子３をその共振周波数より低い周波数で往復駆動することが好ましい。
【００２２】
このような構成とすることで、低電流で目的とする振幅で往復駆動させることができ、特に、リニアアクチュエータの電源が電池電源の場合において、電池電源の長寿命化が図れるものである。
【００２３】
また、軸方向に往復動する可動子３と、該可動子３を往復動方向に支持するばね部材７とで往復動方向の振動系を構成し、固定子５の巻線４に電流を印加することで上記可動子３をその共振周波数より高い周波数で往復駆動するものであることが好ましい。
【００２４】
このような構成とすることで、高電流で目的とする振幅で往復駆動させることができ、大きな出力を得ることができる振動型リニアアクチュエータを提供することができる。
【００２５】
また、本発明の振動型リニアアクチュエータを用いた電動歯ブラシは、上記記載の振動型リニアアクチュエータＡを備え、該振動型リニアアクチュエータＡのシャフト１により駆動される歯磨き用ブラシ１４を備えていることを特徴とするものである。
【００２６】
このような構成とすることで、筒状の永久磁石２がシャフト１に装着されているので、筒状の固定子５側に永久磁石２を設ける場合に比べて、筒状の永久磁石２の内径及び外径が小さくなって永久磁石２の体積が小さくなり、これに伴い永久磁石のコストが安くなり、振動型リニアアクチュエータＡのコストを低減することができ、この安価な振動型リニアアクチュエータＡを駆動減とする電動歯ブラシであるから、電動歯ブラシを安価に提供できるものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００２８】
図１には振動型リニアアクチュエータＡの基本構成図が示してある。
【００２９】
筒状（実施形態では円筒状）をしたシールドケース１６内には筒状をした固定子５が内装してある。固定子５はコイルボビン１０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１０の両側に筒状をしたステータ１１を設けて構成してある。
【００３０】
シールドケース１６内の軸方向の両端部には軸受け部１７が設けてあり、該シールドケース１６に嵌挿したシャフト１が上記両軸受け部１７に軸方向に往復動自在に支持してある。このシャフト１にはシャフト１の外周に中心軸がシャフト１の中心軸と略一致する筒状（実施形態では円筒状）をした永久磁石２が装着してあって可動子３を構成してある。筒状をした永久磁石２はシャフト１の軸方向に所定間隔を隔てて２個装着してある。筒状をした永久磁石２は軸方向の両端面部がそれぞれ異極となったものであり、更に、２個の永久磁石２のそれぞれの軸方向の外側となる面が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の左側の筒状をした永久磁石２の右側の端面を仮にＮ極とすると、該左側の永久磁石２の左側の端面がＳ極となり、右側の筒状をした永久磁石２の右側の端面がＳ極となると共に該右側の永久磁石２の右側の端面がＮ極となる（また、左側の筒状をした永久磁石２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。
【００３１】
このようにシャフト１に永久磁石２を設けて構成した可動子３は筒状をした固定子５の内周側に所定のギャップを介して挿入してあり、可動子３の２個の筒状をした永久磁石２の外面は固定子５のコイルボビン１０の軸方向における両側に設けた２個の筒状をしたステータ１１の内面と対応する位置関係となっている。
【００３２】
可動子３を往復動方向に支持するばね部材７が設けてあって、可動子３とばね部材７とで往復動方向の振動系を構成してある。すなわち、両永久磁石２と軸受け部１７との間にはばね部材７が介在してあって、可動子３の往復動に伴って伸張又は圧縮して圧縮ばね力、引っ張りばね力を可動子３に付与するようになっている。
【００３３】
そして、巻線４に電流を流していないときには永久磁石２がステータ１１に及ぼす磁力とばね部材７のばね力が釣り合う位置で可動子３が停止している。巻線４に一方向の電流を流すと上記可動子３が一方向に移動し、巻線４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４に交番電流を流すことによって可動子３を軸方向に往復動させることができるものであり、この場合、ばね部材７のばね定数及び可動子３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、これにより可動子３の振動量（振幅量）を多く取れることになる。
【００３４】
ここで、上記のように、振動型リニアアクチュエータＡを構成する際、高価な永久磁石２の使用に当たり、筒状の固定子５側に永久磁石２を設けるのではなく、固定子５内に往復動自在に挿入される可動子３側に筒状の永久磁石２を設けているので、筒状の永久磁石２の内径及び外径が小さくなって永久磁石２の体積が小さくなるものであり、これに伴い永久磁石２のコストが安くなって振動型リニアアクチュエータＡのコストを低減することができることになる。しかも、筒状をした永久磁石２は軸方向の両端面部がそれぞれ異極となっているので、例えば、軸方向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１の外周に装着するための筒状の永久磁石２を形成することが可能となるものであり、永久磁石２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。
【００３５】
また、図１のように、シャフト１に筒状の永久磁石２を２つ軸方向に並設すると、２つの永久磁石２により大きな磁束を出すことができるものである。
【００３６】
図２には参考例が示してあり、本参考例の基本的構成は上記図１の基本構成図に示すものと同じであるので重複する説明は省略し、異なる点について述べる。本参考例においては、シャフト１の外周に装着した筒状をした永久磁石２の軸方向の両端面に隣接して磁性体よりなる筒状のヨーク９を設けた点に特徴があり、このように、可動子３の筒状をした永久磁石２の軸方向の端面側に隣接して筒状のヨーク９を設ける構成とすることで、ヨーク９により永久磁石２の磁束を通しやすくすることができ、永久磁石２の磁束を効果的に使うことができて効率が良くなるものである。
【００３７】
図３には本発明の実施形態が示してあり、本実施形態の基本的構成は上記図１の基本構成図に示すもの、図２に示す参考例に示すものと基本構成が同じである同じであるので重複する説明は省略し、異なる点について述べる。すなわち、本実施形態においては、図３に示すように、シャフト１に筒状の永久磁石２を２つ軸方向に並設し、この２つの永久磁石２のそれぞれの軸方向の外側となる面を互いに同極とし、２つの永久磁石２の軸方向の両端面に隣接して筒状のヨーク９を設け、２つの永久磁石２の内側のヨーク９間に筒状の鉄心８（巻線４に電流を流した場合に発生する磁束の通路となる筒状の鉄心８）を設けて可動子３を構成し、コイルボビン１０に巻線４を巻装すると共にコイルボビン１０の両側に筒状をしたステータ１１を設けて筒状をした固定子５を構成したものであり、このように２つの永久磁石２を設けることで永久磁石２による大きな磁力を出すことができ、また、２つの永久磁石２を設けたものにおいて筒状の鉄心８が固定子５の巻線４側に発生する磁束のバイパスとなる通路を形成することになって巻線４側に発生した磁束を可動子３の両永久磁石２に効果的に通すことができることになる。
【００３８】
ここで、２つの永久磁石２間にある筒状の鉄心８の内径が後述の図５乃至図９に示す実施形態のように筒状の永久磁石２あるいは永久磁石２に隣接する筒状のヨーク９の内径よりも大きくすることが好ましいものである。
【００３９】
すなわち、筒状の鉄心８により巻線４側に発生した磁路を形成するにあたって、最短の磁路を形成しようとすると筒状の鉄心８の外径を永久磁石２あるいはヨーク９の外形とほぼ等しくする必要があるが、この場合、筒状の鉄心８の内径を筒状の永久磁石２の内径や筒状のヨーク９の内径と同じにすると筒状の鉄心８の重量が重くなって可動子３の重量が重くなって好ましくないが、上記のように、筒状の永久磁石２あるいは永久磁石２に隣接する筒状のヨーク９の内径よりも大きくすることで、鉄心８の重量を軽くできて可動子３を軽量化できることになる。しかも、この場合、鉄心８により巻線４側に発生する磁束が最短距離で通る磁路を形成できて、巻線４側において発生する磁束を有効に使うことができることになる。なお、図８に示す実施形態においては、筒状の鉄心８の内周とシャフト１の外周との間に空間３０を形成した例である。
【００４０】
ところで、シャフト１を非磁性体により構成すると、シャフト１に装着した永久磁石２の磁束がシャフト１側に通らずステータ１１側に有効に使用することができるものである。
【００４１】
一方、シャフト１を鉄のような磁性体で形成する場合には、シャフト１の強度が強く、可動子３の機械的強度を高めることができるが、シャフト１に装着した永久磁石２の磁束の一部がシャフト１側に流れることになってステータ１１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４、図５、図６、図７、図９に示すように磁性体よりなるシャフト１と筒状の永久磁石２とが非磁性体よりなる筒状のスペーサ部材１９を介して結合する。上記図４、図５、図６、図７、図９に示す実施形態においては、筒状のヨーク９、筒状の鉄心８を設けたものにおいて、磁性体よりなるシャフト１と筒状の永久磁石２とが非磁性体よりなるスペーサ部材１９を介在することに加え、上記非磁性体よりなる筒状のスペーサ部材１９の他の部位がシャフト１と筒状のヨーク９との間、シャフト１と筒状の鉄心８との間に介在してある。ここで、図５、図６、図７、図９のように、筒状の鉄心８の内径が筒状の永久磁石２あるいは永久磁石２に隣接する筒状のヨーク９の内径よりも大きくしたものにおいては、非磁性体よりなるスペーサ部材１９の軸方向の中央部分の外径を軸方向の両側の部分の外径より大径とし、スペーサ部材１９の上記大径となった中央部をシャフト１と筒状の鉄心８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１９を介在することでシャフト１の強度を確保するためにシャフト１を磁性体としたにもかかわらず、永久磁石２のもつ磁束がシャフト１側に通らずステータ１１側に有効に使うことができることになる。
【００４２】
また、図１１に示すように永久磁石２に隣接している筒状のヨーク９の内周部と磁性体により形成したシャフト１外周との間に隙間１２を設け、ヨーク９の内周部からシャフト１方向に突出した突起１３をシャフト１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１の強度を確保するためにシャフト１を磁性体としたにもかかわらず、永久磁石２のもつ磁束がシャフト１側に通らずステータ１１側に有効に使うことができる。
【００４３】
そして、図１２に示すように、ヨーク９の内周部と磁性体により形成したシャフト１外周との間に隙間１２を設け、ヨーク９の内周部からシャフト１方向に複数の突起１３を突設してシャフト１外周面に圧接して取付けるのであるが、ヨーク９に非磁性体よりなるばね部材７の一端部を支持する際に、ばね受け部材２９を介してばね部材７を支持するようにしてもよい。つまり、ばね部材７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２９に設けた係合突部２９ａを、上記ヨーク９の内周部と磁性体により形成したシャフト１外周との間に形成される上記隙間１２に嵌め込んで、ばね付け部材２９とシャフト１に固定したヨーク９とを係合するようにしてもよいものである。
【００４４】
図６、図７、図９に示す実施形態においては、巻線４を巻装したコイルボビン１０の軸方向の両側にステータ１１を設けて固定子５を構成し、シャフト１の軸方向に間隔を隔てて２つの永久磁石２を装着して可動子３を構成した振動型リニアアクチュエータＡにおいて、上記可動子３に設けた２つの永久磁石２間隔を２つのステータ１１間隔よりも狭くし、更に、筒状の固定子５における２つのステータ１１間の軸方向における中心位置が可動子３が往復動していない状態における２つの永久磁石２間の軸方向における中心位置と略一致させてある。
【００４５】
このように可動子３の２つの永久磁石２間隔を２つのステータ１１間隔よりも狭くすると、可動子３の２つの永久磁石２間隔を２つのステータ１１間隔よりも広くする場合に比べて可動子３を小さく且つ軽量化できるものである。また、上記のように筒状の固定子５における２つのステータ１１間の軸方向における中心位置を可動子３が往復動していない状態における２つの永久磁石２間の軸方向における中心位置と略一致させるように設定することで、振幅の中立位置における永久磁石２によるステータ１１に対する引っ張り、反発をゼロにでき、これにより、ばね部材７の設計も容易となり、上記のように筒状の固定子５における２つのステータ１１間の軸方向における中心位置を可動子３が往復動していない状態における２つの永久磁石２間の軸方向における中心位置と略一致させるように組み立てることでよくて組み立て性も向上するものである。
【００４６】
図９においては、シャフト１の一端部は断面Ｄ字状に形成してあり、一方の軸受け部１７に設けた軸周りの位置決め手段となるＤ字状の孔部２５に上記シャフト１の一端部の断面Ｄ字状をした部分１ａが嵌め込んであって該シャフト１は軸方向には移動できるが、軸周り方向の回動を規制して軸周り方向の位置決めをしている。もちろん上記した他の実施形態においても本実施形態と同様にしてシャフト１の軸周りの位置決めを行うようにしてもよいものである。
【００４７】
また、図９には吸振錘２０を設けた例が示してある。吸振錘２０は略筒状をしていてシャフト１に遊びを持たせて被嵌してあり、筒状のシールドケース１６の軸方向の一端部側に設けた軸受け部１７と、２個の永久磁石２のうち上記一方の軸受け部１７に対向する永久磁石２の軸方向の外側に隣接して設けたヨーク９との間に位置しており、該ヨーク９と吸振錘２０の軸方向の一端部との間にばね材７ａを介在させ、更に、上記一方の軸受け部１７と吸振錘２０の軸方向の他端部との間に別のばね材７ｂを介在させ、両ばね材７ａ、７ｂにより支持してある。したがって、本実施形態においては、軸方向に往復動する可動子３と、該可動子３を往復動方向に支持するばね材７として、上記中間部に吸振錘２０を支持したばね材７ａ、７ｂと、筒状のシールドケース１６の軸方向の他端部側に設けた軸受け部１７と、２個の永久磁石２のうち上記他方の軸受け部１７に対向する永久磁石２の軸方向の外側に隣接して設けたヨーク９との間に介在したばね部材７ｃとの３つのばね部材７を設けてある。
【００４８】
そして、本実施形態においては、固定子５とシールドケース１６を固定部とし、可動子３の質量、吸振錘２０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、可動子３と吸振錘２０とが同位相で運動する第１次（低次側）の振動モードと、可動子３と吸振錘２０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次の固有振動数近傍の周波数の電流を巻線４に印加することで、可動子３に軸方向の往復動を行わせた場合に、逆移動の運動を行う吸振錘２０が可動子３の慣性力を打ち消すものであり、逆に吸振錘２０の慣性力を可動子３が打ち消すものである。これにより、シールドケース１６側に伝わる振動を減少させることができるのである。もちろん、上記した各実施形態においても本実施形態と同様に吸振錘２０を設けてもよいものである。
【００４９】
ここで、上記各実施形態のものは、軸方向に往復動する可動子３と、該可動子３を往復動方向に支持するばね部材７とで往復動方向の振動系を構成しているが、このような振動型リニアアクチュエータＡ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３の振幅の関係、及び、この場合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３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３の振動量（振幅量）を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３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において範囲トで示す）、及び、２５０［Ｈｚ］以上、２８０［Ｈｚ］以下の範囲（図１３において範囲ヘで示す）では、それぞれ、０．５［ｍｍ］以上の振幅となり、このような範囲内に可動子３の振幅が設定されると、ばね部材７を利用して可動子３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３を往復動させる場合（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往復動させることができ、特に振動型リニアアクチュエータＡの電源が電池電源の場合において、電池電源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往復動させることができ、大きな出力を得ることができる。
【００５０】
本発明の上記した各実施形態に示す振動型リニアアクチュエータＡ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。
【００５１】
図１４には上記振動型リニアアクチュエータＡを備えた電動歯ブラシの一例を示している。
【００５２】
電動歯ブラシの略筒状をした細長いハウジング１５内にはハウジング１５内の長手方向の略半分に上記の振動型リニアアクチュエータＡが内装してあり、ハウジング１５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１５内には制御回路部２２が内装してあり、更に、図示を省略しているがハウジング１５の外周面部にはスイッチが設けてある。ハウジング１５に内装した振動型リニアアクチュエータＡの可動子３のシャフト１の一端部は筒状をした細長いハウジング１５の長手方向の一端面部に露出しており、このシャフト１の一端部に歯磨き用ブラシ１４の柄部２６の長手方向の一端部を取付けてあり（柄部２６はシャフト１に固定してもよく、あるいは着脱自在に取付けてもよく、着脱自在に取付ける場合には柄部２６はシャフト１と一体に軸方向に移動するように取付けるのでるがこの際シャフト１に対して軸周りには回動しないように取付ける）、柄部２６の長手方向の他端部の一側面に柄部２６の長手方向と略直交する方向に突出するブラシ部２７が設けてある。
【００５３】
しかして、振動型リニアアクチュエータＡの巻線４に電流を印加することで、シャフト１を軸方向に往復動してシャフト１に取付けた歯磨き用ブラシ１４を軸方向に往復動し、これによりブラシ部２７を往復動して歯磨きを行うものである。
【００５４】
そして、上記振動型リニアアクチュエータＡを備えた電動歯ブラシにおいては、既に述べたように振動型リニアアクチュエータＡが筒状の永久磁石２をシャフト１に装着することで低コスト化した振動型リニアアクチュエータＡ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。
【００５５】
なお、本発明の電動歯ブラシにおいて、ハウジング１５に内装する振動型リニアアクチュエータＡとして前述のような可動子３の軸周りの位置決めをするための位置決め手段を設けたものを使用した場合には、振動型リニアアクチュエータＡのシールドケース１６をハウジング１５に対してシャフト１の軸周りに回動しないように取付け、且つ、シャフト１の一端部に歯磨き用ブラシ１４の柄部２６の長手方向の一端部を軸周りに回動しないように取付けることで、ブラシ部２７の突出する向きと、ハウジング１５に設けたスイッチとの位置との関係を一定の関係とすることができ、電動歯ブラシとしての操作性を損なわないものである。
【００５６】
【発明の効果】
上記のように本発明の振動型リニアアクチュエータにおいては、リニアアクチュエータにおける筒状の永久磁石の内径及び外径が小さくなって永久磁石の体積が小さくなり、これに伴い永久磁石のコストが安くなり、振動型リニアアクチュエータのコストを低減することができ、また、筒状をした永久磁石は軸方向の両端面部がそれぞれ異極となっていることで、永久磁石の構成が簡単であり、容易に本発明の振動型リニアアクチュエータに使用する永久磁石を得ることができて、この点でも振動型リニアアクチュエータのコストを低減することができる。特に、２つの永久磁石のそれぞれの軸方向の外側となる面を互いに同極とし、２つの永久磁石の軸方向の両端面に隣接して筒状のヨークを設け、２つの永久磁石の内側のヨーク間に筒状の鉄心を設けて可動子を構成し、コイルボビンに巻線を巻装すると共にコイルボビンの両側に筒状をしたステータを設けて筒状をした固定子を構成してあるので、筒状の鉄心が筒状の鉄心が巻線に発生する磁束のバイパスとなる通路を形成し、固定子の巻線側に発生する磁束を可動子の両永久磁石に効果的に通すことができて、２つの永久磁石により大きな磁束を出すことができ、また、固定子の巻線側に発生する磁束を可動子の両永久磁石に効果的に通すことができ、また、永久磁石の両側に設ける筒状のヨークにより永久磁石の磁束を通しやすくすることができ、永久磁石の磁束を効果的に使うことができて効率が良くなる。
【００５７】
また、本発明の振動型リニアアクチュエータを用いた電動歯ブラシは、上記のように低コストの振動型リニアアクチュエータを用いているので、電動歯ブラシを低コストで提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 振動型リニアアクチュエータの基本構成を示す説明のための断面図である。
【図２】 参考例の断面図である。
【図３】 本発明の実施形態の断面図である。
【図４】 同上の他の実施形態の断面図である。
【図５】 同上の更に他の実施形態の断面図である。
【図６】 同上の更に他の実施形態の断面図である。
【図７】 同上の更に他の実施形態の断面図である。
【図８】 同上の更に他の実施形態の断面図である。
【図９】 （ａ）は同上の更に他の実施形態の断面図であり、（ｂ）は可動子の軸周りの位置決めをするための位置決め手段の一例を示す側面図である。
【図１０】 同上の分解斜視図である。
【図１１】 （ａ）は同上のシャフトの外周とヨークの内周との間に隙間を形成するようにヨークをシャフトに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１２】 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１３】 同上の振動型リニアアクチュエータ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の振幅の関係及びこの場合における周波数と電流の関係をグラフである。
【図１４】 同上の振動型リニアアクチュエータを用いた電動歯ブラシの断面図である。
【符号の説明】
１ シャフト
２ 永久磁石
３ 可動子
４ 巻線
５ 固定子
７ ばね部材
８ 鉄心
９ ヨーク
１０ コイルボビン
１１ ステータ
１２ 隙間
１３ 突起
１４ 歯磨き用ブラシ
Claims (10)
- 軸方向に往復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２つ軸方向に並設し、該２つの永久磁石のそれぞれの軸方向の外側となる面を互いに同極とし、２つの永久磁石の軸方向の両端面に隣接して筒状のヨークを設け、２つの永久磁石の内側のヨーク間に筒状の鉄心を設けて可動子を構成し、コイルボビンに巻線を巻装すると共にコイルボビンの両側に筒状をしたステータを設けて筒状をした固定子を構成し、該筒状をした固定子内に上記可動子を往復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て成ることを特徴とする振動型リニアアクチュエータ。
- ２つの永久磁石間にある筒状の鉄心の内径が永久磁石あるいは永久磁石に隣接するヨークの内径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の振動型リニアアクチュエータ。
- シャフトが非磁性体であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の振動型リニアアクチュエータ。
- シャフトが磁性体であり、シャフトと筒状の永久磁石とが非磁性体を介して結合していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の振動型リニアアクチュエータ。
- 巻線を巻装したコイルボビンの軸方向の両側にステータを設けて固定子を構成し、可動子の２つの永久磁石間隔を２つのステータ間隔よりも狭くし、筒状の固定子における２つのステータ間の軸方向における中心位置が可動子が往復動していない状態における２つの永久磁石間の軸方向における中心位置と略一致していることを特徴とする請求項４記載の振動型リニアアクチュエータ。
- 永久磁石に隣接している筒状のヨークの内周部と磁性体により形成したシャフト外周との間に隙間を設け、ヨークの内周部からシャフト方向に突出した突起をシャフトに結合して成ることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の振動型リニアアクチュエータ。
- 可動子の軸周りの位置決めをするための位置決め手段を設けて成ることを特徴とする請求項１記載の振動型リニアアクチュエータ。
- 軸方向に往復動する可動子と、該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、固定子の巻線に電流を印加することで上記可動子をその共振周波数より低い周波数で往復駆動することを特徴とする請求項１記載の振動型リニアアクチュエータ。
- 軸方向に往復動する可動子と、該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、固定子の巻線に電流を印加することで上記可動子をその共振周波数より高い周波数で往復駆動するものであることを特徴とする請求項１記載の振動型リニアアクチュエータ。
- 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の振動型リニアアクチュエータを備え、該振動型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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