專利名稱：驅動器以及使用它的電動牙刷的制作方法
技術領域：
本發明涉及電動牙刷或電動聲波牙刷等所使用的驅動器。
背景技術：
一直以來，就包含電動聲波牙刷的電動牙刷而言，已知有通過往復直線運
動在牙和牙齦的邊界部分傾斜地(約45度的角度)接觸并在左右振動的線性 刷牙用的牙刷；以及在繞軸的規定角度范圍內進行往復(正反)旋轉運動并以 從牙齦向牙旋轉的方式動作的轉動刷牙用的牙刷。
這種牙刷的驅動大多使用將進行通常的繞軸旋轉的旋轉式直流馬達的旋 轉通過運動方向轉換^L構變為直線往復運動或者往復旋轉運動的構造。另外， 這種結構以外還已知有通過直線驅動驅動器使牙刷進行往復直線運動的構造 或者通過驅動器的振動使與驅動源分開設置的共振振動機構共振，使牙刷進行 往復旋轉運動的構造。
通過直 線驅動驅動器使牙刷進行往復直線運動的構造，如專利文獻1(日 本特開2002-078310號公報)所示，通過直線驅動驅動器直接發生直接連接 在牙刷部上的輸出軸的軸向的往復振動，實現線性刷牙。在這種構造中，沒有 由運動轉換機構引起的動力損失，還能夠使牙刷進行高速的振動。
另外，作為具有驅動器和與驅動源分開設置的共振振動機構的構造，如專 利文獻2 (日本專利第3243529號公報)所示，由具有電^IH失和永久^茲鐵的驅 動機構對具備桿臂的共振振動機構進行激振，使同軸連接在牙刷部上的桿臂進 行搖頭振動而實現轉動刷牙。
但是，就電動牙刷而言，為了能夠實現轉動刷牙的同時還想要使驅動轉動 刷牙用牙刷的驅動機構所存放的柄的部分盡可能地細，而期望牙刷的驅動部分 的小型化。
但是，為了使用通常的繞軸旋轉的馬達實現轉動刷牙，需要與馬達分開的 用于將該馬達的旋轉轉換為往復旋轉運動的運動方向轉換機構。另外，如專利文獻1所示，為了使用直線驅動驅動器實現轉動刷牙，需要與直線驅動驅動器 分開的轉矩發生機構(驅動源)。
另外，在專利文獻2所示的構造中，需要驅動源和與驅動源分開的共振振 動機構。
因此，在現有的結構中，在試著將馬達或者直線驅動驅動器作為電動牙刷 的驅動源的場合，由于需要確保驅動源和與驅動源分開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的小型 化的問題。
再有，作為牙刷的驅動部分，具備與馬達等的驅動器分開的運動方向轉換 機構的所謂的驅動傳遞機構的場合，就驅動傳遞機構而言，有可能發生噪聲以 及因傳遞的動力損失發生而導致的效率劣化，有必要考慮應對這些問題的對
究
泉o
發明內容
本發明鑒于上述問題而提出，目的在于提供不必使用與驅動源分開的驅動 傳遞機構便能夠實現電動牙刷等的往復旋轉運動的小型化的驅動器以及電動 牙刷。
本發明的驅動器采用如下結構即、具有包括具有空出規定間隔相對的 內壁的外磁輒、和設置在上述外磁軛上且在上述相對的內壁面的各個上借助于 空隙將不同的磁極相對的磁鐵的可動體；設置在上述可動體上的輸出軸；配置 在上述空隙中且具有圍繞上述》茲鐵的巻材的固定體；將上述可動體可動自如地 支撐在上述固定體上的彈性支撐部；以及對上述巻材供給與上述可動體的共振 頻率大致相等的頻率的交流電的交流電供給部。
本發明的電動牙刷采用如下結構即、具有上述結構的驅動器、和牙刷部， 該牙刷部在上述驅動器的輸出軸上以與該輸出軸在同一軸心上的方式連接且 在頭部具備與軸向正交地設置的刷毛部。
本發明的效果如下。
根據本發明，由于不必使用與驅動源分開的驅動傳遞機構便能夠完成電動 牙刷等的往復旋轉運動，所以能夠實現小型化的驅動器以及電動牙刷。
圖1是表示涉及本發明的實施方式1的驅動器的立體圖。
圖2是該驅動器的主要部分分解立體圖。
圖3是表示該驅動器上的可動體及固定體的結構的概要剖視圖。
圖4是用于說明該驅動器的動作的模式圖。
圖5是表示在該驅動器中向巻材供給的交流電的周期的圖。
圖6是表示涉及本發明的實施方式2的驅動器的立體圖。
圖7是該驅動器的分解立體圖。
圖8是表示涉及本發明的實施方式3的驅動器的立體圖。 圖9是該驅動器的分解立體圖。
圖10是表示用于該驅動器的粘彈性體即彈性材^f"的圖。 圖中
100、 100A、 100B-驅動器，110-可動體，120-固定體，128-巻材， 130-磁性體，140-交流電供給部，150-外磁輒，160-磁鐵，170-非彈性 體，180-軸，172a-支撐軸部，124a-軸承，197 -彈性材料。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發明的實施方式進行詳細說明。
對實施方式1進刊4兌明。
圖1是表示涉及本發明的實施方式1的驅動器100的立體圖。圖2是該驅 動器的主要部分分解立體圖。圖3是表示驅動器100上的可動體以及固定體的 結構的概要剖^L圖。
如圖1所示，驅動器100具有可動體110;固定體120;在固定體120 上可動自如地支撐可動體110的彈性體130;以及交流電供給部140 (圖2及 圖3)。
可動體110具有外磁軛150;磁鐵160;彈性體連接部172、 174;以及 設置在可動體110上的旋轉往復振動傳遞軸(以下稱之為"軸")180。
周定體120具有基座122;支撐壁124、 126;以及巻材128 (參照圖2 )。 在固定體120中，在做成沿著軸180的延長方向較長的矩形形狀的基座122 的表面中央部上配置巻材128。另外，從在基座122的長度方向分離的端邊部 豎立設支撐壁124、 126。再有，對巻材128如圖2所示，從交流電供給部140供給交流電源。
如圖2及圖3所示，外磁扼150這里做成剖面大致呈U字狀，通過將板 狀磁性體折彎而形成。外磁輒150具有矩形板狀的磁軛中央部151、和分別 從磁軛中央部151的兩側邊部垂下且彼此相對的側壁部152、 153。
外磁軛150如圖1及圖2所示，在外磁軛150的長度方向(相當于軸180 的延長方向)分離的端部(在兩側邊部的延長方向上分離的端部)上通過彈性 體130安裝與支撐壁部124、 126連接的彈性體連接部172、 174。
在彈性體連接部172、 174的一個上安裝有在與外^f茲輒150的延長方向相 同的方向突出的軸180。即、軸180從安裝在外》茲軛150上的彈性體連接部174 向與》茲鐵160和側壁部152、 153相對的方向大致正交的方向突出地設置。再 有，彈性體連接部172、 174期望為非磁性體。
這樣，軸180借助于彈性體連接部174固定在外》茲軛150上，從而處于以 位于通過可動體110重心的軸線上的方式安裝在可動體110上的狀態。由此， 軸180與可動體110 —起進行旋轉往復振動，并將該振動傳遞到外部。
再有，在驅動器IOO用于電動牙刷的場合，在軸180上連結與軸180在相 同軸心上且在頭部具備與軸向正交地設置的刷毛部的牙刷部。由此，牙刷部進 行與軸180同樣的運動，這里進行:旋轉往復運動的轉動。
磁鐵160如圖3所示，以在外磁輒150的相對的側壁部152、 153之間形 成空隙的方式，借助于非磁性體170安裝在外磁軛150的磁輒中央部151的里 面中夾部分。再有，就磁鐵160而言，也可以在外磁輒150上不介入非磁性體 170而在外》茲軛150的相對的側壁部152、 153之間形成空隙。
^茲4失160以從^茲輒中央部151垂下的方式設置，并相對側壁部152、 153 的各內壁面4吏互不相同的磁極相對。
這里，磁鐵160的N極側與外磁輒150的側壁部152的內壁面相對，S 極側與外磁輒150的側壁部153的內壁面相對。
另夕卜，磁鐵160是具有與外磁輒150的延長方向的長度相對應的長度的長 方體，借助于外形為相同形狀的非磁性體170并沿著該磁輒中央部151的延長 方向安裝在在,茲輒中央部151上。
由此，磁鐵160具有與外磁軛150的長度方向的長度相同的長度，并相對于相對的側壁部152、 153的內壁面的全面使不同的磁極的面分別相對。
在磁鐵160和外》茲輒150的側壁部152、 153之間的空隙中，與磁鐵160
的兩側壁面(i茲極面)160a、 160b、側壁部152、 153的內壁面以及》茲輒中央
部151的里面的各個分離地配置圍繞磁鐵160的巻材128。
巻材128這里是音圈，以圍住磁鐵160的周圍的方式巻繞。具體地說，巻
材128在空隙內，并向與磁鐵160和與側壁部152、 153的相對方向正交的方
向巻繞。
豎立設置于設有該巻材128的基座122上的支撐壁部124、 126如圖1及 圖2所示，配設在從在基座122的長度方向分離的兩端邊部立起的肋122a、 122b上。支撐壁部126具有可動體110的軸180插通的開口部126a。
使軸180插通到該支撐壁部126的開口部126a中，支撐壁部124、 126借 助于在與彈性體連接部172、 174之間架設的彈性體130在通常狀態下將可動 體110保持為大致水平方向(與基座122大致平行)。
彈性體130在支撐壁部124、 126的相對區域中，在左右前后方向上變位 自如地支撐可動體110,并在》茲鐵160及軸180的扭轉方向支撐可動體110。 這里，彈性體130在支撐壁部124、 126彼此相對的面的上下端部中由大致水 平地向相對方向突出設置的板狀蛇形彈簧構成。也就是，彈性體130是從一端 側向另一端側反復地將細帶狀的金屬板在一方的寬度方向延長并在另一方的 寬度方向折返從而配置成蛇形，彈性體130自身如果固定一端部和另一端部， 則在扭轉方向伸縮。
通過這樣構成的彈性體130，可動體IIO利用與側邊部正交的端部的上下 邊部分，并在扭轉方向可動自如地支撐在固定體120的支撐壁部124、 126的 各個上。
在可動體110的慣性系數為J、扭轉方向的彈簧常數為ksp的場合，可動 體IIO相對固定體120，以由下式(1)算出的共振頻率振動。 (數學式l)
本實施方式的驅動器IOO通過交流電供給部140對巻材128供給與可動體110的共振頻率fo大致相同頻率的交流電。由此，能夠高效地驅動可動體110。 就可動體110及固定體120而言，外磁軛150、磁鐵160、及巻材128形 成磁回路。
如圖3所示，就驅動器100而言，從^f茲鐵160產生的^f茲通量(用空心箭頭 所示)以配置有巻材128的空隙、外磁軛150的側壁部152、磁輒中央部151、 側壁部153、相反側的空隙為順序通過形成磁回路。
其次，對驅動器IOO的動作進行說明。
本驅動器IOO上的可動體110是通過彈性體130由固定體120支撐的彈性
則可動體110以共振狀態被驅動。這時產生的旋轉往復振動傳遞到可動體110 的軸180。
驅動器IOO基于用下式(2)所示的運動方程以及下式(3)所示的電路方 程式進行驅動。 (數學式2)
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中J為慣性力矩[Kgm2]
0 (t)為角度[rad] Kt為轉矩常數[Nm/A]
1 (t)為電流[A] Ksp為彈簧常數[Nm/rad〗
D為衰減系數[Nm/ ( rad/s)] 71。。rf為負荷轉矩[Nm] (數學式3)<formula>formula see original document page 8</formula>其中e (t)為電壓[V] R為電阻[Q] L為電感[H]i^為反電動熱乘凄丈
即、驅動器100的慣性力矩、旋轉角度、轉矩常數、電流、彈簧常數、衰 減系數、負荷轉矩等在滿足式(2)的范圍內能夠適當變更，電壓、電阻、電 感、反電動熱乘數在滿足式(3)的范圍內能夠適當變更。
圖4是用于說明涉及本實施方式1的驅動器的動作的模式圖。再有，在圖 4(a)中，用空心箭頭表示由磁鐵得到磁回路的磁通量的流動，在圖4(b) ~ 圖4(d)中，由于是相同的流動，所以省略圖示。
當從交流電供給部140對巻材128供給交流電時，則按照弗來明左手定律， 在巻材128中產生如圖中箭頭F1、 F2、 F3、 F4所示的推力。由此，在具有巻 材128的基座122以及在支撐壁部124、 126上通過彈性體130安裝著的可動 體IIO上發生以旋轉重心為軸中心的旋轉力。
對驅動器100的一個周期的動作進行說明。
以圖4 (a)所示的朝向在巻材128中流動電流(將該方向稱之為"順時 針方向電流")時，則在與》茲鐵160的N極面160a相對的巻材128的部分128a 上向上(外^茲扼150側的方向)產生推力Fl，在與磁鐵160的S極面相對的 巻材128的部分128b上向下產生(基座122側的方向)推力F2。
由此，在從具有巻材128的基座122立起的支撐壁部124、 126 (參照圖1 及圖2)上通過彈性體130支撐的可動體IIO上產生相對旋轉的力，可動體110 可動到位于圖4(b)所示的位置上。
在圖4 (b)所示狀態的驅動器100中，通過彈性體130的恢復力產生箭 頭R1、 R2的反作用力。在從圖4 (b)所示的狀態到圖4 (d)所示的狀態中， 對巻材128供給與圖4 (a)反方向的電流。由此，可動體IIO在從圖4 (b) 所示的狀態到圖4 (c)所示的狀態中，通過用箭頭R1、 R2所示的反作用力和 箭頭F3、 F4所示的推力相對固定體120繞順時針方向旋轉。另夕卜，可動體110 在從圖4 (c)所示的狀態到圖4 (d)所示的狀態中，通過用箭頭F3、 F4所示 的推力相對固定體120繞順時針方向旋轉。
在圖4 (d)所示狀態的驅動器100中，通過彈性體130的恢復力產生箭 頭R3、 R4的反作用力。在從圖4 (d)所示的狀態經由圖4 (a)所示的狀態 直到圖4 (b)所示的狀態中，對巻材128供給順時針方向電流。由此，可動體110在從圖4 (d)至圖4 (a)的狀態中，通過用箭頭R3、 R4所示的反作 用力和用箭頭F1、 F2所示的推力相對固定體120繞逆時針方向旋轉。另外， 可動體110從圖4(a)狀態至圖4(b)的狀態中，通過箭頭F1、 F2所示的推 力相對固定體120繞逆時針方向旋轉。
其次，對在圖4的各狀態中供給的交流電流簡單地進行說明。
流動在巻材中的交流電可以是如圖5 (a)所示的頻率fo的脈沖波，也可 以是如圖5(b)所示的頻率fo的正弦波。
在圖4 (a)的狀態中，供給圖5所示時刻tl的順時針方向的電流，在圖 4 (b)的狀態中，如圖4的時刻t2所示那樣轉換電流的方向，在圖4 (c)的 狀態中，供給如圖5所示時刻t3的逆時針方向電流。另外，在圖4 (d)的狀 態中，如圖5的時刻t4所示那樣轉換電流的方向，在圖4(d)的狀態中，供 給圖5所示時刻t5的順時針方向的電流。這是一個周期的動作，通過反復這 樣的動作，從而可動體IIO進行旋轉往復振動。
就驅動器100而言，可動體IIO進行旋轉往復運動也就是旋轉往復振動， 該旋轉往復振動通過軸180輸出到外部。在軸180上連接在頭部具備與軸向正 交地設置的刷毛部的牙刷部的場合，牙刷部進行旋轉往復運動能夠進行轉動刷 牙。
這樣，驅動器100滿足式(2 )、 ( 3 ),通過使用了用式(1)所示的共振頻 率的共振現象進行驅動。由此，就驅動器100而言，在穩定狀態中消耗的電力 僅是由負荷轉矩引起的損失以M擦等引起的損失，能夠以低消耗電力驅動也 就是能夠以低消耗電力對可動體IIO進行旋轉往復振動。如上所說明的那樣， 在本實施方式的驅動器100中，不必使用與驅動源分開的驅動傳遞機構便能夠 實現電動牙刷等的往復旋轉運動，能夠實現小型化，再有，能夠以低消耗電力 實現往復旋轉運動。
另夕卜，在驅動器100中，磁鐵160相對于外磁軛150在側壁部152、 153 之間以使不同的磁極面與各側壁部152、 153相對的方式設置，并通過配置于 巻材128的內部形成磁回路。形成本實施方式的磁回路的場合，與將多個磁鐵 安裝在側壁部152、 153的內壁上的場合相比，能夠減少》茲鐵的個數，并能夠 實現組裝性的提高以及成本的削減。再有，即便是具有驅動器IOO的電動牙刷也能夠得到與上述相同的效果，還能夠實現牙刷自身的小型化。
對實施方式2進4亍說明。
圖6是表示涉及本發明的實施方式2的驅動器的立體圖。圖7是該驅動器 的分解立體圖。再有，該驅動器100A具有與圖1所示的實施方式1對應的驅 動器100相同的基本結構，對相同的構成要素附注相同的符號，省略其說明。
驅動器100A是在驅動器100中將可動體110可動自如地以軸支撐在固定 體120上的結構。這里，在驅動器100的結構中，以與軸180在同一軸心上的 方式自如轉動地以軸支撐。
即、驅動器100A在驅動器100的結構中，在插通軸180的支撐壁部126 的開口部126a上安裝軸承126b。支撐壁部126通過軸承126b自如轉動地支 撐著軸180。另外，在軸180中的在從支撐壁部126突出的部位上外嵌有軸襯 126c。
再有，在安裝在外磁輒150上的彈性體連接部172上，在與軸180的突出 方向相反的方向上突出設有與軸180同軸心上地配置的支撐軸部172a。支撐 軸部172a具有與軸大致相同的外徑。
在對該彈性體連接部172通過彈性體130連接的支撐壁部124上安裝插通 支撐軸部172a的軸承124a。在插通到支撐壁部124的軸承124a的支撐軸部 172a的端部上在支撐壁部124的后面側外嵌有軸村124b。
這樣地，在驅動器100A中，可動體110用支撐軸部172a及軸180自如 轉動地以軸支撐在支撐壁部124、 126上。由此，在驅動器100A中，從交流 電供給部140對巻材128供給交流電，并相對固定體120以軸180的軸心為中 心穩定地進行旋轉往復振動。
由此，僅具有旋轉及軸向自由度，就可提高驅動器100A自身的耐沖擊性 并且使可動體IIO穩定地進行旋轉往復振動。
另外，在驅動器100A中，傳遞并輸出可動體IIO的可動運動的軸180作 為使可動體110以軸支撐在固定體120上的軸部使用。
對實施方式3進行說明。
圖8是表示涉及本發明的實施方式3的 動器的圖，圖9是該驅動器的分 解立體圖，圖IO是表示作為用于該驅動器的粘彈性體的彈性材料的圖。再有，圖8及圖9所示的驅動器IOOB是在圖6及圖7所示的實施方式2所對應的驅 動器100A中，替換了彈性體130的結構，其它結構是相同的結構。由此，對 于相同的結構要素附注相同的符號，省略其說明。
在驅動器100B中，在驅動器100A的結構中，替換與實施方式1的驅動 器100的彈性體130相同的作為蛇形彈簧的彈性體130而使用自身衰減較大的 粘彈性體，這里使用彈性材料197。
彈性材料197如圖IO所示，具備具有支撐軸部172a和軸180插通的插 通口 198的中央部197a;以及從中央部197a向與支撐軸部172a及軸180的軸 心正交的方向上突出的臂部197b。
彈性材料197配置在支撐壁部124 ( 126)和彈性體連接部172 ( 174)之 間并作為彈簧發揮作用。彈性材料197在形成于偏離臂197b的延長方向的位 置的孔部198a、 198b中嵌入支撐壁部124 ( 126)和彈性體連接部172 ( 174)。 再有，圖9僅表示嵌入到彈性材料197的孔部198a、 198b中的突起中的形成 于支撐壁部124的突起124c及形成于彈性體連接部174的突起174c。雖然未 圖示，但與支撐壁部124的突起124c相同的突起形成于支撐壁部126，與彈 性體連接部174的突起174c相同的突起形成于彈性體連接部172。這里，在 彈性材料197的臂部197b中，通過在靠近中央部197a的位置的孔部198a中 壓入彈性體連接部174( 172)的突起174a而嵌合。另外，通過在比中央部197a 遠的位置的孔部198b中壓入支撐壁部124 ( 126)的突起124b而嵌合。
根據驅動器IOOB，能夠得到與實施方式2相同的效果的同時，彈性材料 197配置在支撐壁部124 ( 126)和彈性體連接部172 ( 174)之間，通過僅將 支撐壁部124 ( 126 )和彈性體連接部172 ( 174)的突起(在圖中僅表示124a、 174c)壓入到孔部198a、 198b中，安裝在兩部件上。由此，與4吏用蛇形彈簧 等的金屬彈簧的場合不同，無需由螺釘等進行的緊固或者粘接等的復雜的安裝 工序，就能夠實現驅動器100B自身的組裝性的提高。
另夕卜，上述各實施方式中的外磁輒150具有以》茲鐵160的不同磁極分別相 對的內壁面，只要用巻材128和》茲鐵160形成磁回路，則如何構成都可以，既 可以將外》茲軛150整體形成為剖面圓弧狀，也可以將^茲扼主體部形成為圓弧 狀。再有，上述本發明只要不脫離本發明的精神，能夠進行各種改變，并且本 發明當然也涵蓋該改變的結構。 產業上的可利用性
完成電動牙刷等的往復旋轉運動并實現小型化的效果，作為用于電動牙刷等的 進行往復旋轉振動的驅動器是有用的。
權利要求
1.一種驅動器，其特征在于，具有包括具有空出規定間隔相對的內壁面的外磁軛、和設于上述外磁軛上且在上述相對的內壁面的各個上借助于空隙將不同的磁極面相對的磁鐵的可動體；設置在上述可動體上的輸出軸；配置在上述空隙中且具有圍繞上述磁鐵的卷材的固定體；將上述可動體可動自如地支撐在上述固定體上的彈性支撐部；以及對上述卷材供給與上述可動體的共振頻率大致相等的頻率的交流電的交流電供給部。
2. 根據權利要求1所述的驅動器，其特征在于， 上述-茲鐵借助于非磁性體設于上述外^f茲輒上。
3. 根據權利要求1所述的驅動器，其特征在于， 上述可動體以上述輸出軸為中心旋轉自如地以軸支撐在上述固定體上。
4. 根據權利要求1所述的驅動器，其特征在于，動體和上述固定體之間自由變形的粘彈性體。
5. —種電動牙刷，其特征在于， 具有權利要求1 ~ 4任一項所述的驅動器；以及在上述驅動器的輸出軸上以與該輸出軸為相同軸心上的方式連接且在頭 部具備與軸向正交地設置的刷毛部的牙刷部。
全文摘要
本發明涉及驅動器及使用它的電動牙刷。本發明不必使用與驅動源分開的驅動傳遞機構便可完成電動牙刷等的往復旋轉運動，所以可實現小型化的驅動器及電動牙刷。就可動體(110)而言，外磁軛(150)具有空出規定間隙相對配置的側壁部(152、153)。磁鐵(160)借助于非磁性體(170)設于外磁軛上，且在外磁軛的相對的內壁面使各不相同的磁極相對，并借助于空隙進行配置。在可動體(110)上設有軸(180)。固定體(120)配置于空隙中且具有圍繞磁鐵的卷材(128)。固定體借助于彈性體(130)可動自如地支撐可動體。交流電供給部(140)對卷材(128)供給與可動體的共振頻率大致相等的頻率的交流電。
文檔編號H02K33/18GK101615837SQ20091000234
公開日2009年12月30日 申請日期2009年1月7日 優先權日2008年6月25日
發明者北村泰隆, 稻本繁典, 高橋勇樹 申請人:三美電機株式會社