驅動器以及使用該驅動器的電動牙刷的製作方法

2024-02-25 01:43:15

專利名稱：驅動器以及使用該驅動器的電動牙刷的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於電動牙刷或者電動聲波牙刷等的驅動器。
背景技術：
以往，作為包含電動聲波牙刷在內的電動牙刷，已知有在牙齒和牙齦的交界部分傾斜地(約45度的角度)接觸並通過往返直線運動左右振動的水平顫動刷牙用的牙刷，和在繞軸的規定角度範圍內進行往返(正反)旋轉運動以從牙齦向牙齒方向旋轉的方式動作的旋轉式刷牙用的牙刷。這些牙刷的驅動多採用通過運動方向轉換機構將進行通常的繞軸旋轉的旋轉式直流電機的旋轉轉換成直線往返運動或者往返旋轉運動的構造。而且，除了這種構造以外， 已知有通過直線驅動器使牙刷進行往返直線運動的構造，或者通過驅動器的振動使獨立于振動源的共振振動機構發生共振從而使牙刷進行往返旋轉運動的構造。如專利文獻1所示，具有通過直線驅動器使牙刷進行往返直線運動的構造的電動牙刷，通過直線驅動器直接產生與牙刷部直接連接的輸出軸的軸嚮往返振動，從而實現水平顫動刷牙。在這種構造中，不存在由運動轉換機構引起的動力損失，且能夠進行高速的振動。而且，如專利文獻2所示，具有驅動器以及獨立於驅動源的共振振動機構的構造的電動牙刷，由具有電磁鐵及永久磁鐵的驅動裝置來激振具有杆臂的共振振動機構。由此， 使以同軸直接連接在牙刷部的杆臂進行搖擺運動，從而實現旋轉刷牙。在先技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2002-078310號公報專利文獻2 日本特許3243529號公報

發明內容
發明所要解決的課題然而，在電動牙刷中，為了在能夠實現旋轉刷牙的同時，使收納驅動旋轉刷牙用牙刷的驅動部分的手柄部分儘可能地細，需要使牙刷的驅動部分小型化。但是，為了使用通常的進行繞軸旋轉的電機實現旋轉刷牙，除了電機之外，還需要將該電機的旋轉轉換成往返旋轉運動的運動方向轉換機構。而且，如專利文獻1所示，為了使用直線驅動器實現旋轉刷牙，除了直線驅動器之外，還需要轉矩發生機構(驅動源)。另外，在專利文獻2所示的構造中，需要驅動源和獨立於驅動源的共振振動機構。因此，在以往的構造中，如將電機或者直線驅動器看做電動牙刷的驅動源時，由於需要確保驅動源以及獨立於驅動源的運動方向轉換機構或者轉矩發生機構或者共振振動機構的配置空間，所以存在很難實現牙刷小型化的問題。進一步，作為牙刷的驅動部分，具備獨立於電機等驅動器的、所謂運動方向轉換機構的驅動傳遞機構時，有可能在驅動傳遞機構發生噪音以及所傳遞動力損失的發生而導致的效率惡化，因此，有必要考慮對應這些問題的對策。本發明是鑑於所述問題而提出，其目的在於，提供一種不使用獨立於驅動源的驅動傳遞機構就能夠實現電動牙刷等的往返旋轉運動的小型的驅動器以及電動牙刷。解決問題的手段本發明的驅動器採用的構成，包括永久磁鐵；外磁軛，其具有隔著規定間隔分別與所述永久磁鐵中的磁極不同的磁極面對置的內壁面；以及線圈，其配置在所述磁極不同的磁極面和與所述磁極不同的各磁極面對置的所述內壁面之間，且環繞所述永久磁鐵；所述驅動器還包括可動體，具有所述永久磁鐵和所述線圈中的一個；固定體，具備所述永久磁鐵和所述線圈中的另一個以及所述外磁軛，且通過彈性支撐部活動自如地支撐所述可動體；以及交流電供給部，其向所述線圈供給與所述可動體的共振頻率大致相等的頻率的交流電。本發明的驅動器採用的構成，包括固定體，其具有外磁軛，所述外磁軛具有永久磁鐵以及隔著規定間隔分別與所述永久磁鐵中的磁極不同的磁極面對置的內壁面；線圈， 其配置在所述磁極不同的磁極面和與所述磁極不同的各磁極面對置的所述內壁面之間，且環繞所述永久磁鐵；可動體，通過安裝在所述固定體上的彈性支撐部活動自如地被支撐； 以及交流電供給部，其向所述線圈供給與所述可動體的共振頻率大致相等的頻率的交流 H1^ ο本發明的驅動器採用的構成，包括可動體，其具有永久磁鐵；固定體，其具有線圈以及外磁軛，並且通過彈性支撐部活動自如地支撐所述可動體，所述線圈環繞所述永久磁鐵、並具有隔著規定間隔分別與所述永久磁鐵中的磁極不同的磁極面對置的內周部，所述外磁軛覆蓋所述線圈的外周部；以及交流電供給部，其向所述線圈供給與所述可動體的共振頻率大致相等的頻率的交流電。本發明的電動牙刷採用的構成，包括上述結構的驅動器；牙刷部，其連接在所述驅動器的輸出軸上、並且與該輸出軸在同一軸心上，在頭部具有與軸向正交地設置的毛束部。發明的效果根據本發明，由於不必使用獨立於驅動源的驅動傳遞機構就能夠實現電動牙刷等的往返旋轉運動，所以能夠實現小型化的驅動器及電動牙刷。


圖1是表示本發明的實施方式1的驅動器的立體圖。圖2是表示在該驅動器中取下了外磁軛的狀態下的立體圖。圖3是該驅動器的主要部分的分解立體圖。圖4是表示該驅動器的主要部分構成的概要剖視圖。圖5是用於說明該驅動器的動作的模式圖。圖6是表示在驅動器中從交流電供應部向線圈供給的交流電的周期的示意圖。圖7是表示本發明的實施方式2的驅動器的主要部分構成的概要剖視圖。圖8是表示本發明的實施方式3的驅動器的構成的示意圖。
圖9是該驅動器的分解立體圖。圖10是用於說明該驅動器的動作的模式圖。圖11是表示本發明的實施方式4的驅動器的主要部分構成的概要剖視圖。圖12是表示本發明的實施方式5的驅動器的立體圖。圖13是該驅動器的主要部分的分解立體圖。圖14是本發明的實施方式6的驅動器的主要部分分解立體圖。圖15是表示用於該驅動器的作為粘彈性部件的彈性體的示意圖。圖16是表示本發明的實施方式7的驅動器的立體圖。圖17是表示本發明的實施方式7的驅動器的主要部分分解立體圖。圖18是表示本發明的實施方式7的驅動器的主要部分構成的概要剖視圖。圖19是用於說明本發明的實施方式7的驅動器的動作的模式圖。圖20是表示本發明的實施方式8的驅動器的主要部分構成的概要剖視圖。圖21是表示本發明的實施方式9的驅動器的構成的外觀圖。圖22是本發明的實施方式9的驅動器的分解立體圖。圖23是表示本發明的實施方式9的驅動器的主要部分構成的概要剖視圖。圖M是用於說明本發明的實施方式9的驅動器的動作的模式圖。圖25是表示本發明的實施方式10的驅動器的立體圖。圖沈是本發明的實施方式10的驅動器的主要部分分解立體圖。圖27是本發明的實施方式11的驅動器的分解立體圖。附圖標記100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100H、100J、100K 驅動器110、110A、110B、110C、110F、110G、110H 固定體112、112A、112B、112C、112G、112H 基座114、116、114A、114B、116A、116B 支撐壁部120、120B、120C、120F、120H 可動體1M、1MB 線圈保持部124F、1MH:磁體保持部124b 前壁部124c 後壁部125、126:軸130 彈性部件140 外磁軛141 軛中央部(中央部)142、143:側壁部142a、143a 內壁面150 磁體(永久磁鐵)150a、150b 磁極面160、160C 非磁性體160B:凸出部
170:線圈180 交流電供給部190 軸承197 彈性體
具體實施例方式下面，參照附圖詳細說明本發明的實施方式。實施方式1圖1是表示本發明的實施方式1的驅動器100的立體圖，圖2是表示在該驅動器 100中取下了外磁軛的狀態下的立體圖。並且，圖3是該驅動器的主要部分分解立體圖。如圖1至3所示的驅動器100具有固定體110 ；可動體120(參照圖2)；將可動體120活動自如地支撐在固定體110上的彈性部件(彈性支撐部)130(參照圖幻；以及交流電供給部180(參照圖3)。如圖1所示，在驅動器100中，隨著經由彈性部件130被支撐在固定體110上的可動體120(參照圖幻的活動，可動體120的輸出軸、即旋轉往返傳遞軸(以下稱之為 「軸」)125在規定的角度範圍內向正反方向(圖1的箭頭方向)旋轉，並且作為旋轉往返振動向外部輸出。如圖3所示，固定體110具有基座(base plate) 112 ；支撐壁部114、116 ；外磁軛 140 ；隔著非磁性體(襯墊)160安裝在外磁軛140上的磁體150。在固定體110中，基座112為沿著軸125的延伸方向延伸的長矩形板狀，在此由非磁性體形成。在基座112的表面中央部的上方配置有可動體120的線圈170，截面呈U字形 (也包括「 =1 」形)的外磁軛140以覆蓋該線圈170的方式安裝在基座112上。而且，自基座112的、在長度方向上相間隔的端邊部，豎立設有支撐壁部114、116。支撐壁部114、116具有供可動體120的軸125、1 插入貫通的開口部lHa、116a。 在開口部IHa中插入貫通軸126，在開口部116a中插入貫通軸125。再者，支撐壁部114、116經由彈性部件130活動自如地支撐可動體120。也就是說，在將軸125、126插入並貫通了開口部lHa、116a的狀態下，支撐壁部114、116經由彈性部件130活動自如地保持著可動體120。通常情況下，可動體120通過支撐壁部114、116和彈性部件130保持為大致水平方向(與基座112大致平行)。再有，軸125、1沈也可以以具有遊隙的狀態插入貫通開口部114a、116a。有關彈性部件130的說明在以後敘述。在這些支撐壁部114、116之間以覆蓋可動體120的本體部分的方式配設有外磁軛 140。在此，外磁軛140的截面呈大致「 =I 」形，其通過將板狀的磁性體折彎而形成。外磁軛140具有矩形板狀的磁軛中央部141 ；分別從磁軛中央部141的兩側邊部垂下且相互對置的側壁部142、143。在此，外磁軛140以覆蓋可動體120的線圈170及線圈保持部IM 的方式安裝在基座112上，且兩側壁部142、143的前端部被基座112封閉。外磁軛140與配置在內側的可動體120的線圈170和安裝在外磁軛140的磁軛中央部141的磁體150 —同構成磁路。圖4是表示驅動器100的主要部分構成的概要剖視圖。
如圖4所示，磁體(永久磁鐵)150隔著非磁性體160安裝在外磁軛140的磁軛中央部141的背面中央部分，從而在外磁軛140的對置的側壁部142、143之間分別形成氣隙 G。磁體150被設置成從磁軛中央部141隔著非磁性體160垂下，並且以相互不同的磁極，與側壁部142、143的各內壁面對置。在此，磁體150的S極側(S磁極面150a)與外磁軛140的側壁部142的內壁面對置，N極側(N磁極面150b)與外磁軛140的側壁部143的內壁面對置。而且，磁體150是具有與外磁軛140的延伸方向長度對應的長度的長方體，並且隔著外形為相同形狀的非磁性體160並沿著該磁軛中央部141的延伸方向安裝在磁軛中央部 141。由此，磁體150具有與外磁軛140的長度方向的長度相同的長度，並且以不同的磁極面與相對置的側壁部142、143的內壁面的整個面分別對置的狀態被配設在磁軛中央部 141。在磁體150與外磁軛140的側壁部142、143之間的氣隙G中，以分別與磁體150 的兩側壁面(磁極面)150a、150b、側壁部142、143的內壁面以及磁軛中央部141的背面隔開的方式，配置有可動體120的線圈170。在此，線圈170是音圈，以圍繞磁體150的周圍的方式纏繞。具體地說，線圈170在氣隙內按與磁體150和側壁部142、143的對置方向正交的方向纏繞。如圖3及圖4所示， 由交流電供給部180向線圈170供給交流電電源(交流電壓)。該線圈170通過載置在線圈保持部124上而被保持，並且線圈保持部124經由彈性部件130被固定體110支撐。如圖2及圖3所示，在此，線圈保持部IM形成為側視時呈「 =I 」形，具有載置了線圈170的底板部IMa，和從在底板部12 的長度方向(軸125的延伸方向)上相間隔的端部豎立設置的前壁部124b及後壁部12如。在此，該線圈保持部124由非磁性體構成，並且在前壁部124b上正交地安裝有軸 125，在後壁部12 上以位於軸125的同軸心上的方式安裝有軸126。也就是說，軸125與磁體150的不同磁極面150a、150b (參照圖4)大致平行地沿磁體150的大致中心配置。這樣地，線圈170與線圈保持部124、軸125、1 一同構成了通過支撐壁部114、 116活動自如地被支撐的可動體120。彈性部件130在支撐壁部114、116的對置區域中，以在左右前後方向上移動自如的方式支撐可動體120，在磁體150及軸125的扭轉方向支撐著可動體120。在此，彈性部件130由板狀的Z字形彈簧構成，該Z字形彈簧被設置成在支撐壁部 114、116彼此對置的面的上端部分大致平行且向對置方向突出。也就是說，彈性部件130形成為Z字形，即從一端部向另一端部側使細帶狀的金屬板反覆地向一方的寬度方向延長後向另一方的寬度方向折返，並且，如果固定一端部和另一端部，彈性部件130自身則在扭轉方向伸縮自如。藉助於這樣構成的彈性部件130，可動體120在被基座112和外磁軛140包圍的區域內，以軸125、126的軸為中心在扭轉方向上活動自如地分別被固定體110的支撐壁部 114、116 支撐。
還有，如圖1及圖2所示，可動體120的軸125被設置成在與外磁軛140的延伸方向相同的方向上從支撐壁部116向外側突出。即，軸125在驅動器100中被設置成在與磁體150和側壁部142、143相對置的方向大致正交的方向上突出。這樣的軸125通過被固定在線圈保持部124的前壁部1Mb，從而以位於穿過可動體120的重心的軸線上的方式被安裝在可動體120上。由此，軸125與構成可動體120的主體的線圈170及線圈保持部IM —起進行旋轉往返振動，可將該振動傳遞給外部。當驅動器100用於電動牙刷時，在軸125上連接牙刷部，該牙刷部與軸125處於同一軸心上且在頭部具有與軸向正交地設置的毛束部。由此，牙刷部與軸125做相同運動，在此進行作為旋轉往返振動的旋轉運動。在本實施方式的驅動器100中，將可動體的120的慣量設為J、扭轉方向的彈簧常數設為Ksp時，可動體120相對於固定體110以通過下述公式計算出的共振頻率進行振動。(數學式1) --⑴本實施方式的驅動器100通過交流電供給部180向線圈170供給與可動體120的共振頻率fo大致相等頻率的交流電。由此，能夠高效率地驅動可動體120。如圖4所示，在固定體110及可動體120中，由外磁軛140、磁體150及線圈170形成磁路。在此，驅動器100具有如下磁路，即從磁體150產生的磁通(用白箭頭表示)依次通過配置有線圈170的氣隙、外磁軛140的側壁部143、磁軛中央部141、側壁部142、相反側的氣隙後，與磁體150的相反側磁極連接。本驅動器100中的可動體120由經由彈性部件130而被固定體110支撐的彈簧質量系統構造(spring mass system structure)所支撐。當對線圈170供給與可動體120 的共振頻率fo相等頻率的交流電時，可動體120以共振狀態被驅動。此時產生的旋轉往返振動被傳遞到可動體120的軸125上。驅動器100基於下述公式(2)所示的運動方程式及下述公式(3)所示的電路方程式進行驅動。(數學式2)J= κm-KsMt)-D^--Thoad - (2) dt2 p dt J 轉動慣量〔Kgm2〕 θ (t)角度〔rad〕 Kt 轉矩常數〔Nm/A〕 i(t)電流(A) Ksp 彈簧常數〔Nm/rad〕 D 衰減係數〔Nm/rad/s〕 TLoad 負載轉矩〔Nm](數學式3)
權利要求
1.一種驅動器，具有 永久磁鐵；外磁軛，其具有隔著規定間隔分別與所述永久磁鐵中的磁極不同的磁極面對置的內壁面；以及線圈，其配置在所述磁極不同的磁極面和與所述磁極不同的各磁極面對置的所述內壁面之間，且環繞所述永久磁鐵； 所述驅動器還包括可動體，具備所述永久磁鐵和所述線圈中的一個；固定體，具備所述永久磁鐵和所述線圈中的另一個以及所述外磁軛，且通過彈性支撐部活動自如地支撐所述可動體；以及交流電供給部，其向所述線圈供給與所述可動體的共振頻率大致相等的頻率的交流電。
2.根據權利要求1所述的驅動器，其中，所述可動體具有與所述永久磁鐵的不同磁極面大致平行且沿著所述永久磁鐵的大致中心配置的輸出軸，並且通過所述彈性支撐部所述可動體以所述輸出軸為中心在扭轉方向活動自如地被支撐。
3.根據權利要求1所述的驅動器，其中，所述可動體具有所述線圈，所述固定體具有所述永久磁鐵。
4.根據權利要求3所述的驅動器，其中，所述永久磁鐵經由非磁性體被安裝在所述外磁軛上。
5.根據權利要求3所述的驅動器，其中， 所述外磁軛具有朝下方開口的截面U字形狀，所述固定體具有磁性體的基座，在該基座的上方與該基座相間隔地配置有所述可動體，所述外磁軛以覆蓋所述可動體的方式安裝在所述基座上，並通過所述基座封閉具有所述對置的內壁面的兩側壁部的前端部。
6.根據權利要求5所述的驅動器，其中，所述永久磁鐵經由非磁性體的襯墊安裝在所述基座上。
7.根據權利要求3所述的驅動器，其中，所述固定體具有非磁性體的基座，在該基座的上方與該基座相間隔地配置有所述可動體；所述外磁軛具有朝下方開口的截面U字形狀，並以覆蓋所述可動體的方式安裝在所述基座上；所述永久磁鐵安裝在所述基座上。
8.根據權利要求1所述的驅動器，其中，所述可動體具有所述永久磁鐵，所述固定體具有所述線圈。
9.根據權利要求8所述的驅動器，其中，所述線圈的外周部被安裝在所述外磁軛的相對置的所述各內壁面上。
10.根據權利要求8所述的驅動器，其中，所述固定體通過包括所述外磁軛的磁性體，活動自如地覆蓋所述可動體。
11.根據權利要求8所述的驅動器，其中， 所述外磁軛具有朝下方開口的截面U字形狀，所述固定體具有與所述可動體的下方相間隔地配置的板狀的基座， 所述線圈安裝在所述基座上，所述外磁軛以覆蓋所述線圈及線圈內的所述可動體的方式安裝在所述基座上。
12.根據權利要求11所述的驅動器，其中， 所述基座由磁性體形成。
13.根據權利要求11所述的驅動器，其中，在所述基座的表面形成有安裝所述線圈的安裝槽部。
14.根據權利要求2所述的驅動器，其中，所述可動體以所述輸出軸為中心旋轉自如地被軸支撐在所述固定體上。
15.根據權利要求1所述的驅動器，其中，所述彈性支撐部是設置在所述固定體與所述可動體之間、並且是在所述固定體與所述可動體之間變形自如的粘彈性體。
16.一種電動牙刷，具有權利要求2所述的驅動器；以及牙刷部，其與所述驅動器的輸出軸同一軸心地連接到該輸出軸，在該牙刷部的頭部具有與軸向正交地設置的毛束部。
全文摘要
本發明涉及一種驅動器，不必使用獨立於驅動源的驅動傳遞機構就能夠實現電動牙刷等的往返旋轉運動。在該驅動器(100)中，固定體(110)具有外磁軛(140)，該外磁軛(140)具有隔著規定間隔分別與磁體(150)中的不同磁極的磁極面對置的內壁面。在磁體(150)中，在磁極不同的磁極面和分別與磁極不同的磁極面對置的外磁軛(140)的內壁面之間，配置有環繞磁體(150)的線圈(170)，該線圈(170)作為可動體(120)經由安裝在固定體(110)上的彈性部件(130)活動自如地被支撐。通過從交流電供給部(180)對線圈(170)供給與可動體(120)的共振頻率大致相等頻率的交流電，從而使可動體(120)進行往返旋轉運動。
文檔編號H02K33/04GK102202600SQ20098014280
公開日2011年9月28日 申請日期2009年10月29日 優先權日2008年10月31日
發明者北村泰隆, 山田健介, 稻本繁典, 高橋勇樹 申請人:三美電機株式會社