(57)【要約】【課題】小型で且つ低コストで効率のよいものとする。【解決手段】軸方向に往復動自在に支持されかつ軸回り方向に回転自在に支持されたシャフト２と、シャフト２を軸方向に往復運動させるための往復用リニア駆動部３Ａと、シャフト２を軸回り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３Ｂと備える。各リニア駆動部は巻線を備えた筒状の固定子３１，４１と、固定子内に配された可動子２０，４０とで形成され、いずれか一方のリニア駆動部の可動子がシャフト２に固定され、他方の可動子はシャフトに対して可動とされている。シャフト及びシャフトに固定された一方の可動子とシャフトに対して可動とされた可動子とを逆位相で運動させる連動部材２５を備える。往復用リニア駆動部の可動子４１とローリング用リニア駆動部の可動子３１とが相互に振動を打ち消し合うようにしたものである。。【選択図】図１
2006204004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に往復動自在に支持されかつ軸回り方向に回転自在に支持されたシャフトと、該シャフトを軸方向に往復運動させるための往復用リニア駆動部と、該シャフトを軸回り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と備えた振動・ローリング両用リニアアクチュエータであって、上記の各リニア駆動部は巻線を備えた筒状の固定子と、固定子内に配された可動子とで形成されているとともに、いずれか一方のリニア駆動部の可動子がシャフトに固定され、他方の可動子はシャフトに対して可動とされており、シャフト及びシャフトに固定された一方の可動子とシャフトに対して可動とされた可動子とを逆位相で運動させる連動部材を備えていることを特徴とする振動・ローリング両用リニアアクチュエータ。
【請求項２】
ローリング用リニア駆動部の可動子がシャフトに固定され、往復用リニア駆動部の可動子がシャフトに対して可動とされていることを特徴とする請求項１記載の振動・ローリング両用リニアアクチュエータ。
【請求項３】
往復用リニア駆動部の可動子がシャフトに固定され、ローリング用リニア駆動部の可動子がシャフトに対して可動とされていることを特徴とする請求項１または２記載の振動・ローリング両用リニアアクチュエータ。
【請求項４】
シャフトに対して可動とされた可動子は重量調整用の錘を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動・ローリング両用リニアアクチュエータ。
【請求項５】
連動部材はシャフトの軸方向の往復運動に加えて軸回りの往復ローリングについても両可動子を逆位相で運動させるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動・ローリング両用リニアアクチュエータ。
【請求項６】
連動部材は両可動子をばね振動系とするばね材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動・ローリング両用リニアアクチュエータ。
【請求項７】
シャフトに対して可動とされた可動子が重量調整用の錘を備えているとともに、筒状に掲載された錘がばね材の外周に配設されていることを特徴とする請求項６記載の振動・ローリング両用リニアアクチュエータ。
【請求項８】
シャフトに対して可動とされた可動子はシャフトもしくは固定子に軸受を介して支持されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の振動・ローリング両用リニアアクチュエータ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の振動・ローリング両用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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸方向の往復振動と軸回りの往復回動であるローリングの両方を行わせることができる振動・ローリング両用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。
【背景技術】
【０００２】
軸方向の往復振動と軸回りのローリングとを行わせることができるリニアアクチュエータとして、特許文献１に示されたものがある。これは軸方向に往復動自在に支持され且つ軸回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、両端面部がそれぞれ異極となった筒状の永久磁石が装着されている振動用可動子を設けるとともに、上記シャフトの軸方向の他の部分の外周に、永久磁石とヨークとからなるローリング用可動子を設け、振動用可動子の外周に巻線を備えた筒状の振動用固定子を、ローリング用可動子の外周に巻線を備えた筒状のローリング用固定子を設けて、振動用の可動子及び固定子でシャフトに往復動を行わせる往復用リニア駆動部を、ローリング用の可動子及び固定子でシャフトに軸回りのローリングを行わせるローリング用リニア駆動部を構成したものである。
【０００３】
また、上記特許文献１には、軸方向の往復動に伴う不要振動の打ち消しのために、上記両可動子とは別に独立した吸振錘を設けて、シャフトと両可動子とからなる可動部に対して上記吸振錘を逆位相で往復動させることが示されている。
【０００４】
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ことから、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、吸振錘を含む可動部材全体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い、駆動効率が悪くなるという問題がある。
【特許文献１】特開２００４−３４３９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、小型で且つ低コストで効率のよい振動・ローリング両用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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明に係る振動・ローリング両用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かつ軸回り方向に回転自在に支持されたシャフトと、該シャフトを軸方向に往復運動させるための往復用リニア駆動部と、該シャフトを軸回り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と備えた振動・ローリング両用リニアアクチュエータであって、上記の各リニア駆動部は巻線を備えた筒状の固定子と、固定子内に配された可動子とで形成されているとともに、いずれか一方のリニア駆動部の可動子がシャフトに固定され、他方の可動子はシャフトに対して可動とされており、シャフト及びシャフトに固定された一方の可動子とシャフトに対して可動とされた可動子とを逆位相で運動させる連動部材を備えていることに特徴を有している。
【０００７】
往復用リニア駆動部の可動子とローリング用リニア駆動部の可動子とが相互に振動を打ち消し合うようにしたものである。
【０００８】
この場合、ローリング用リニア駆動部の可動子がシャフトに固定され、往復用リニア駆動部の可動子がシャフトに対して可動とされていても、往復用リニア駆動部の可動子がシャフトに固定され、ローリング用リニア駆動部の可動子がシャフトに対して可動とされていてもよい。
【０００９】
シャフトに対して可動とされた可動子は重量調整用の錘を備えたものであることが、振動の打ち消しに必要な質量保持の点で好ましい。
【００１０】
また、連動部材はシャフトの軸方向の往復運動に加えて軸回りの往復ローリングについても両可動子を逆位相で運動させるものであることが、低振動とする点においてより好ましい結果を得ることができる。
【００１１】
そして連動部材としては、両可動子をばね振動系とするばね材を好適に用いることができる。この場合、共振を利用することができるために大出力の取り出しが容易となる。
【００１２】
シャフトに対して可動とされた可動子が重量調整用の錘を備えているとともに、筒状に掲載された錘がばね材の外周に配設されていると、軸方向寸法を短くすることができる。
【００１３】
シャフトに対して可動とされた可動子はシャフトもしくは固定子に軸受を介して支持されたものとすればよく、このように支持することで可動子と固定子との間の磁気空隙を所要の状態に保つことができる。
【００１４】
そして本発明に係る電動歯ブラシは、上記の振動・ローリング両用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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、往復用リニア駆動部の可動子とローリング用リニア駆動部の可動子とが相互に振動を打ち消しあうものであり、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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・ローリング両用リニアアクチュエータ６０の一例を示すもので、筒状のシールドケース１内にシャフト２を軸方向Ａに往復運動させるための往復用リニア駆動部３Ａと、軸回り方向Ｂ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３Ｂとを配設してある。
【００１７】
上記シャフト２はその両端部がシールドケース１の両端に配した軸受部４，４によって軸方向Ａに往復運動可能に且つ軸回り方向Ｂに往復ローリング運動可能に支持されている。図中５０は上記シャフト２の先端に設けた外部への駆動力伝達用の伝達部材である。
【００１８】
往復ローリング用リニア駆動部３Ｂは、上記シャフト２に固定したローリング用可動子３０と、シールドケース１内におけるローリング用可動子３０と対応する位置に配設されたローリング用固定子３１とから構成されたもので、上記可動子３０は、図３に示すように、磁性体からなる筒状のローリングヨーク５と平板状の永久磁石６と磁性体製の半月状ローリングヨーク７とをシャフト２に装着したものであり、該可動子３０の筒状ローリングヨーク５はシャフト２に対して接着または圧入または溶接またはねじ留めなどによって固定されている。
【００１９】
また、上記筒状ローリングヨーク５の外周面には２つの平坦面が設けられて平坦面に形成されている溝８内に上記永久磁石６を各々嵌め込んでおり、さらに永久磁石６の外面に半月状のローリングヨーク７を配して、筒状のローリングヨーク５の外周面の円弧と半月状のローリングヨーク７の外周面の円弧とが略同一円弧となるようにしてある。
【００２０】
ここで平板状の永久磁石６は、シャフト２の軸方向Ａと交差する方向Ｃの外面と内面とが異極となるように着磁されている。つまり、図に示す２個の永久磁石６の外面がすべてＮ極の場合は、内面がＳ極となり、逆に外面がすべてＳ極の場合は、内面がＮ極となるようにされている。
【００２１】
一方、シールドケース１内に配設された筒状をなすローリング用固定子３１は、コイルボビン１０に巻線１１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の両側に筒状のステータ１２，１２を配設したものであり、上記ローリング用可動子３０の外周面に所定の磁気空隙１３を介して内周面が相対している。
【００２２】
そして、ローリング用ステータ１２，１２の内周部にはローリング可動子３０の極と対向するように磁極子１４を設けている。図示例では磁極子１４を永久磁石６の数と同じ２個としている。また、２つのステータ１２，１２の内の一方１２ａの磁極子１４ａの位置と、他方のステータ１２ｂの磁極子１４ｂの位置とを可動子３０の軸回り方向Ｂにおいて不一致としている。
【００２３】
このように構成したローリング用リニア駆動部３Ｂにおいて、巻線１１に一方向の電流を流せばローリング用可動子３０は軸回り方向Ｂの一方向に回転し、巻線１１に他方向の電流を流すと軸回り方向Ｂの逆方向に回転するものであり、このために巻線１１に交番電流を流すことでローリング用可動子３０に軸回り方向Ｂの往復ローリング運動を行わせることができる。
【００２４】
次に往復用リニア駆動部３Ａは、振動用可動子４０と、この可動子４０外周面に所要の磁気空隙１８を介して内周面が対向する筒状の振動用固定子４１とからなるもので、シールドケース１内に固定した振動用固定子４１はコイルボビン１５に巻線１６を巻装したコイル部材と該コイル部材の振動用コイルボビン１５の両側に筒状のステータ１７，１７を設けたものとなっている。
【００２５】
振動用可動子４０は磁性体からなる筒状のヨーク１９と該ヨーク１９の軸方向両側に設けた筒状の永久磁石２０，２０とからなるもので、その軸方向Ａの両側に重量調整用の錘２１が連結部材２２を介して取り付けられている。両永久磁石２０，２０は各外面が振動用固定子４１のステータ１７，１７の内面と対応する位置にあるとともに、各永久磁石２０は軸方向Ａの両端面が互いに異極となっており、さらに２つの永久磁石２０の軸方向Ａの外側となる面が互いに同極となっている。
【００２６】
そして、この振動用可動子４０は筒状であって、軸孔２３が貫通しており、この軸孔２３内にシャフト２が通されているとともに、シャフト２に一対の軸受２４，２４を介して振動用可動子４０が取り付けられており、振動用可動子４０とシャフト２とは軸受２４によって別個に軸方向移動と軸回り回転とが可能となるようにされている。
【００２７】
また、振動用可動子４０の一端のばね受け２６とシールドケース１の一端との間には圧縮コイルばねからなるばね材２５が配設されており、振動用可動子４０の他端のばね受け２６とローリング用可動子３０の一端のばね受け９との間には圧縮コイルばねからなるばね材２５が配設され、更にローリング用可動子３０の他端のばね受け９とシールドケース１の他端との間には圧縮コイルばねからなるばね材２５が配設されて、シャフト２及びローリング用可動子３０と、振動用可動子４０とがその軸方向動作に関してばね振動系を構成している。
【００２８】
今、振動用固定子４１の巻線１６に一方向の電流を流すと振動用可動子４０は軸方向Ａの一方向に移動し、巻線１６に他方向の電流を流すと逆方向に移動することから、巻線１６に交番電流を流すことによって振動用可動子４０が軸方向Ａに往復運動を行うが、この時の振動用可動子４０の動きは、同じばね振動系内のローリング用可動子３０とシャフト１も動かすとともに、可動子３０，４０とシャフト２の質量に応じた上記各ばね材２５のばね定数の設定並びに巻線１６に印加する交番電流の周波数を上記ばね振動系の共振周波数付近に設定することにより、固定子４１と可動子４０との間の磁気回路によって振動用可動子４１に軸方向Ａの往復運動を共振状態で行わせる際、振動用可動子６に対してシャフト２及びローリング用可動子３０を逆位相で往復動させている。つまり、ばね部材２５によって、振動用可動子４０と逆位相の動きをローリング用可動子３０に行わせる連動部材を構成しているものである。なお、上記の各ばね材２５は、往復ローリング運動についてもばね振動系を構成するための部材として機能している。
【００２９】
従って、本実施例に係るリニアアクチュエータにおいては、往復用リニア駆動部３Ａと、ローリング用リニア駆動部３Ｂとを同時に作動させることにより、シャフト２に軸方向Ａの往復動と軸回り方向Ｂの往復ローリング運動とを同時に行わせることができるものであり、しかも振動用可動子４０に対してローリング用可動子３０とシャフト２とが逆位相で軸方向の往復動を行うために、振動用可動子４０の往復動に伴う不要振動をローリング用可動子３０とシャフト２の逆位相往復動で打ち消すことができるものである。つまり、出力が取り出されるシャフト２からみれば、錘２１，２１を備えた振動用可動子４０が前記従来例における吸振錘２７として機能することになる。
【００３０】
また、ローリング用可動子３０とシャフト２の軸回り方向Ｂの往復ローリング運動に対して、振動用可動子４０が略逆位相で往復ローリング運動を行うことから、この往復ローリング運動によるところの不要振動も少なくなっている。
【００３１】
しかも、前述のように共振状態で動作（往復動及び往復ローリング運動）させている上に、振動低減のために吸振錘を必要とせず、可動部材全体の軽量化が可能であることから、小さな入力エネルギーで大出力を取り出すことができるものである。また本実施例では、錘２１，２１を含む振動用可動子４０とシャフト２とを同軸に配しているために、さらに小型軽量化が可能となっている。
【００３２】
ローリング用可動子３０とシャフト２（及びシャフト２に連結される被駆動部材）の質量に対抗するために振動用可動子４０には前述のように錘２１を設けているわけであるが、この錘２１は筒状としてばね材２５の外周に位置するようにしているのは、軸方向寸法を短くするためである。
【００３３】
また、ローリング用可動子３０をシャフト２に設けて、振動用可動子３０に錘２１，２１を設けていることから、ローリング用可動子３０の軸回り方向往復ローリング運動を直接シャフト２に伝達できるため、シャフト２から出力される軸回り方向往復ローリング運動の出力を大きくすることができる。
【００３４】
図４に他例を示す。ここでは上記実施例に記載のものと比して、往復用リニア駆動部３Ａと、ローリング用リニア駆動部３Ｂとの配置を入れ替えるとともに、振動用可動子４０をシャフト２に固定し、錘２１，２１を付設したローリング用可動子３０をシャフト２に軸受２４を介して支持することで、シャフト２に対してローリング用可動子３０が軸方向及び軸回り方向の双方について可動となるようにしたものである。この場合、振動用可動子４０の軸方向往復運動が直接シャフト２に伝達されるためにシャフト２から出力される軸方向往復運動の出力を大きくすることができる。
【００３５】
上述の実施例ではシャフト２に対して可動となっている振動用可動子４０もしくはローリング用可動子３０の支持を軸受２４を介してシャフト２で行うことで、軸受２４を振動用固定子４１の内周位置から外れたところに配置できるようにして、リニアアクチュエータ６０の径方向の小型化を図っているが、これら軸受２４は可動子４０（可動子３０）と固定子４１（固定子３１）との間、あるいはシールドケース１との間に配置するものであってもよい。
【００３６】
また、可動子４０もしくは可動子３０に設けた錘２１，２１をシャフト２に対して可動としている軸受２４は、錘２１，２１の一部として機能しているために、全体としての軽量化に貢献している。なお、軸受２４を鋼球２８と該鋼球２８を保持する保持部材２９と鋼球２８を内周面にて受ける受け部３４とを有する転がり軸受で形成したものを示したが、錘２１の内周面がすべり軸受となっていてシャフト２と接していてもよく、この場合においても、錘２１の外周面をすべり軸受として固定子４１（固定子３１）またはシールドケース２と接していてもよい。
【００３７】
図５は振動用固定子もしくはローリング用可動子として用いる固定子５１の固定に関する一例を示すもので、シールドケース１内に固定子５１を挿入した後、シールドケース１内の所定位置にてシールドケース１のかしめ部５２を変形させることで、変形したかしめ部５２が固定子５１に係合して固定子５１のシールドケース１内への固定がなされるようにしたものである。この時、かしめ部５２を固定子５１に設けた切り欠き部５３に係合させることにより、固定子５１は軸方向Ａだけでなく、軸回り方向Ｂについても固定される。固定子５１の固定を簡単且つ強固に行うことができる。固定子５１の固定は、シールドケース１に接着または溶接で行ってもよい。
【００３８】
図６はシャフト２の先端部分５４の径を細くして、この先端部分５４を伝達部材５０の穴部５５に圧入固定したものを示している。シャフト２の径と、シャフト２に装着しシャフト２からの出力を伝達する伝達部材５０の径を異ならせることができるために、シャフト２の径に関係なく伝達部材５０の径を自由に設定することができるとともに、シャフト２の径を伝達部材５０の径によらずシャフト２の径を小さくできるために、リニアアクチュエータ６０の小型化が可能となる。またシャフト２の軸方向Ａ及び軸回り方向Ｂの運動に対して伝達部材５０が滑ることによる伝達ロスを防止することが可能となる。伝達部材５０とシャフト２とは接着により固定してもよく、圧入と接着とを併用してもよい。
【００３９】
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７に示す。電動歯ブラシの略筒状をしたハウジング６１内にはハウジング６１内の長手方向Ｄにおいて上記リニアアクチュエータ６０と電池とを直列に配置してある。図中６３は制御回路部である。そしてハウジング６１の長手方向Ｄの端部から突出させたシャフト２の一端に歯磨き用のブラシ６４を取り付けることで、ブラシ３４に軸方向の往復動と軸回りの往復ローリングと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・ローリング共用の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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態の一例の断面図である。
【図２】同上の分解斜視図である。
【図３】ローリング用リニア駆動部を示すもので、(a)は縦断面図、(b)は横断面図である。
【図４】他の実施の形態の一例の断面図である。
【図５】シールドケースと固定子とを示すもので、(a)は斜視図、(b)は断面図である。
【図６】シャフトと伝達部材とを示すもので、(a)は斜視図、(b)は断面図である。
【図７】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】
【００４１】
２  シャフト
３Ａ  往復用リニア駆動部
３Ｂ  ローリング用リニア駆動部
２４  錘
３０  可動子
３１  固定子
４０  可動子
４１  固定子
【図１】
2006204004.tif 000003
【図２】
2006204004.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006204004.tif 000008
【図７】
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