专利名称：驱动器以及使用该驱动器的电动牙刷的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电动牙刷或者电动声波牙刷等的驱动器。
背景技术：
以往，作为包含电动声波牙刷在内的电动牙刷，已知有在牙齿和牙龈的交界部分倾斜地(约45度的角度)接触并通过往返直线运动左右振动的水平颤动刷牙用的牙刷，和在绕轴的规定角度范围内进行往返(正反)旋转运动以从牙龈向牙齿方向旋转的方式动作的旋转式刷牙用的牙刷。这些牙刷的驱动多采用通过运动方向转换机构将进行通常的绕轴旋转的旋转式直流电机的旋转转换成直线往返运动或者往返旋转运动的构造。而且，除了这种构造以外， 已知有通过直线驱动器使牙刷进行往返直线运动的构造，或者通过驱动器的振动使独立于振动源的共振振动机构发生共振从而使牙刷进行往返旋转运动的构造。如专利文献1所示，具有通过直线驱动器使牙刷进行往返直线运动的构造的电动牙刷，通过直线驱动器直接产生与牙刷部直接连接的输出轴的轴向往返振动，从而实现水平颤动刷牙。在这种构造中，不存在由运动转换机构引起的动力损失，且能够进行高速的振动。而且，如专利文献2所示，具有驱动器以及独立于驱动源的共振振动机构的构造的电动牙刷，由具有电磁铁及永久磁铁的驱动装置来激振具有杆臂的共振振动机构。由此， 使以同轴直接连接在牙刷部的杆臂进行摇摆运动，从而实现旋转刷牙。在先技术文献专利文献专利文献1 日本特开2002-078310号公报专利文献2 日本特许3243529号公报
发明内容
发明所要解决的课题然而，在电动牙刷中，为了在能够实现旋转刷牙的同时，使收纳驱动旋转刷牙用牙刷的驱动部分的手柄部分尽可能地细，需要使牙刷的驱动部分小型化。但是，为了使用通常的进行绕轴旋转的电机实现旋转刷牙，除了电机之外，还需要将该电机的旋转转换成往返旋转运动的运动方向转换机构。而且，如专利文献1所示，为了使用直线驱动器实现旋转刷牙，除了直线驱动器之外，还需要转矩发生机构(驱动源)。另外，在专利文献2所示的构造中，需要驱动源和独立于驱动源的共振振动机构。因此，在以往的构造中，如将电机或者直线驱动器看做电动牙刷的驱动源时，由于需要确保驱动源以及独立于驱动源的运动方向转换机构或者转矩发生机构或者共振振动机构的配置空间，所以存在很难实现牙刷小型化的问题。进一步，作为牙刷的驱动部分，具备独立于电机等驱动器的、所谓运动方向转换机构的驱动传递机构时，有可能在驱动传递机构发生噪音以及所传递动力损失的发生而导致的效率恶化，因此，有必要考虑对应这些问题的对策。本发明是鉴于所述问题而提出，其目的在于，提供一种不使用独立于驱动源的驱动传递机构就能够实现电动牙刷等的往返旋转运动的小型的驱动器以及电动牙刷。解决问题的手段本发明的驱动器采用的构成，包括永久磁铁；外磁轭，其具有隔着规定间隔分别与所述永久磁铁中的磁极不同的磁极面对置的内壁面；以及线圈，其配置在所述磁极不同的磁极面和与所述磁极不同的各磁极面对置的所述内壁面之间，且环绕所述永久磁铁；所述驱动器还包括可动体，具有所述永久磁铁和所述线圈中的一个；固定体，具备所述永久磁铁和所述线圈中的另一个以及所述外磁轭，且通过弹性支撑部活动自如地支撑所述可动体；以及交流电供给部，其向所述线圈供给与所述可动体的共振频率大致相等的频率的交流电。本发明的驱动器采用的构成，包括固定体，其具有外磁轭，所述外磁轭具有永久磁铁以及隔着规定间隔分别与所述永久磁铁中的磁极不同的磁极面对置的内壁面；线圈， 其配置在所述磁极不同的磁极面和与所述磁极不同的各磁极面对置的所述内壁面之间，且环绕所述永久磁铁；可动体，通过安装在所述固定体上的弹性支撑部活动自如地被支撑； 以及交流电供给部，其向所述线圈供给与所述可动体的共振频率大致相等的频率的交流 H1^ ο本发明的驱动器采用的构成，包括可动体，其具有永久磁铁；固定体，其具有线圈以及外磁轭，并且通过弹性支撑部活动自如地支撑所述可动体，所述线圈环绕所述永久磁铁、并具有隔着规定间隔分别与所述永久磁铁中的磁极不同的磁极面对置的内周部，所述外磁轭覆盖所述线圈的外周部；以及交流电供给部，其向所述线圈供给与所述可动体的共振频率大致相等的频率的交流电。本发明的电动牙刷采用的构成，包括上述结构的驱动器；牙刷部，其连接在所述驱动器的输出轴上、并且与该输出轴在同一轴心上，在头部具有与轴向正交地设置的毛束部。发明的效果根据本发明，由于不必使用独立于驱动源的驱动传递机构就能够实现电动牙刷等的往返旋转运动，所以能够实现小型化的驱动器及电动牙刷。
图1是表示本发明的实施方式1的驱动器的立体图。图2是表示在该驱动器中取下了外磁轭的状态下的立体图。图3是该驱动器的主要部分的分解立体图。图4是表示该驱动器的主要部分构成的概要剖视图。图5是用于说明该驱动器的动作的模式图。图6是表示在驱动器中从交流电供应部向线圈供给的交流电的周期的示意图。图7是表示本发明的实施方式2的驱动器的主要部分构成的概要剖视图。图8是表示本发明的实施方式3的驱动器的构成的示意图。
图9是该驱动器的分解立体图。图10是用于说明该驱动器的动作的模式图。图11是表示本发明的实施方式4的驱动器的主要部分构成的概要剖视图。图12是表示本发明的实施方式5的驱动器的立体图。图13是该驱动器的主要部分的分解立体图。图14是本发明的实施方式6的驱动器的主要部分分解立体图。图15是表示用于该驱动器的作为粘弹性部件的弹性体的示意图。图16是表示本发明的实施方式7的驱动器的立体图。图17是表示本发明的实施方式7的驱动器的主要部分分解立体图。图18是表示本发明的实施方式7的驱动器的主要部分构成的概要剖视图。图19是用于说明本发明的实施方式7的驱动器的动作的模式图。图20是表示本发明的实施方式8的驱动器的主要部分构成的概要剖视图。图21是表示本发明的实施方式9的驱动器的构成的外观图。图22是本发明的实施方式9的驱动器的分解立体图。图23是表示本发明的实施方式9的驱动器的主要部分构成的概要剖视图。图M是用于说明本发明的实施方式9的驱动器的动作的模式图。图25是表示本发明的实施方式10的驱动器的立体图。图沈是本发明的实施方式10的驱动器的主要部分分解立体图。图27是本发明的实施方式11的驱动器的分解立体图。附图标记100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100H、100J、100K 驱动器110、110A、110B、110C、110F、110G、110H 固定体112、112A、112B、112C、112G、112H 基座114、116、114A、114B、116A、116B 支撑壁部120、120B、120C、120F、120H 可动体1M、1MB 线圈保持部124F、1MH:磁体保持部124b 前壁部124c 后壁部125、126:轴130 弹性部件140 外磁轭141 轭中央部(中央部)142、143:侧壁部142a、143a 内壁面150 磁体(永久磁铁)150a、150b 磁极面160、160C 非磁性体160B:凸出部
170:线圈180 交流电供给部190 轴承197 弹性体
具体实施例方式下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。实施方式1图1是表示本发明的实施方式1的驱动器100的立体图，图2是表示在该驱动器 100中取下了外磁轭的状态下的立体图。并且，图3是该驱动器的主要部分分解立体图。如图1至3所示的驱动器100具有固定体110 ；可动体120(参照图2)；将可动体120活动自如地支撑在固定体110上的弹性部件(弹性支撑部)130(参照图幻；以及交流电供给部180(参照图3)。如图1所示，在驱动器100中，随着经由弹性部件130被支撑在固定体110上的可动体120(参照图幻的活动，可动体120的输出轴、即旋转往返传递轴(以下称之为 “轴”)125在规定的角度范围内向正反方向(图1的箭头方向)旋转，并且作为旋转往返振动向外部输出。如图3所示，固定体110具有基座(base plate) 112 ；支撑壁部114、116 ；外磁轭 140 ；隔着非磁性体(衬垫)160安装在外磁轭140上的磁体150。在固定体110中，基座112为沿着轴125的延伸方向延伸的长矩形板状，在此由非磁性体形成。在基座112的表面中央部的上方配置有可动体120的线圈170，截面呈U字形 (也包括“ =1 ”形)的外磁轭140以覆盖该线圈170的方式安装在基座112上。而且，自基座112的、在长度方向上相间隔的端边部，竖立设有支撑壁部114、116。支撑壁部114、116具有供可动体120的轴125、1 插入贯通的开口部lHa、116a。 在开口部IHa中插入贯通轴126，在开口部116a中插入贯通轴125。再者，支撑壁部114、116经由弹性部件130活动自如地支撑可动体120。也就是说，在将轴125、126插入并贯通了开口部lHa、116a的状态下，支撑壁部114、116经由弹性部件130活动自如地保持着可动体120。通常情况下，可动体120通过支撑壁部114、116和弹性部件130保持为大致水平方向(与基座112大致平行)。再有，轴125、1沈也可以以具有游隙的状态插入贯通开口部114a、116a。有关弹性部件130的说明在以后叙述。在这些支撑壁部114、116之间以覆盖可动体120的本体部分的方式配设有外磁轭 140。在此，外磁轭140的截面呈大致“ =I ”形，其通过将板状的磁性体折弯而形成。外磁轭140具有矩形板状的磁轭中央部141 ；分别从磁轭中央部141的两侧边部垂下且相互对置的侧壁部142、143。在此，外磁轭140以覆盖可动体120的线圈170及线圈保持部IM 的方式安装在基座112上，且两侧壁部142、143的前端部被基座112封闭。外磁轭140与配置在内侧的可动体120的线圈170和安装在外磁轭140的磁轭中央部141的磁体150 —同构成磁路。图4是表示驱动器100的主要部分构成的概要剖视图。
如图4所示，磁体(永久磁铁)150隔着非磁性体160安装在外磁轭140的磁轭中央部141的背面中央部分，从而在外磁轭140的对置的侧壁部142、143之间分别形成气隙 G。磁体150被设置成从磁轭中央部141隔着非磁性体160垂下，并且以相互不同的磁极，与侧壁部142、143的各内壁面对置。在此，磁体150的S极侧(S磁极面150a)与外磁轭140的侧壁部142的内壁面对置，N极侧(N磁极面150b)与外磁轭140的侧壁部143的内壁面对置。而且，磁体150是具有与外磁轭140的延伸方向长度对应的长度的长方体，并且隔着外形为相同形状的非磁性体160并沿着该磁轭中央部141的延伸方向安装在磁轭中央部 141。由此，磁体150具有与外磁轭140的长度方向的长度相同的长度，并且以不同的磁极面与相对置的侧壁部142、143的内壁面的整个面分别对置的状态被配设在磁轭中央部 141。在磁体150与外磁轭140的侧壁部142、143之间的气隙G中，以分别与磁体150 的两侧壁面(磁极面)150a、150b、侧壁部142、143的内壁面以及磁轭中央部141的背面隔开的方式，配置有可动体120的线圈170。在此，线圈170是音圈，以围绕磁体150的周围的方式缠绕。具体地说，线圈170在气隙内按与磁体150和侧壁部142、143的对置方向正交的方向缠绕。如图3及图4所示， 由交流电供给部180向线圈170供给交流电电源(交流电压)。该线圈170通过载置在线圈保持部124上而被保持，并且线圈保持部124经由弹性部件130被固定体110支撑。如图2及图3所示，在此，线圈保持部IM形成为侧视时呈“ =I ”形，具有载置了线圈170的底板部IMa，和从在底板部12 的长度方向(轴125的延伸方向)上相间隔的端部竖立设置的前壁部124b及后壁部12如。在此，该线圈保持部124由非磁性体构成，并且在前壁部124b上正交地安装有轴 125，在后壁部12 上以位于轴125的同轴心上的方式安装有轴126。也就是说，轴125与磁体150的不同磁极面150a、150b (参照图4)大致平行地沿磁体150的大致中心配置。这样地，线圈170与线圈保持部124、轴125、1 一同构成了通过支撑壁部114、 116活动自如地被支撑的可动体120。弹性部件130在支撑壁部114、116的对置区域中，以在左右前后方向上移动自如的方式支撑可动体120，在磁体150及轴125的扭转方向支撑着可动体120。在此，弹性部件130由板状的Z字形弹簧构成，该Z字形弹簧被设置成在支撑壁部 114、116彼此对置的面的上端部分大致平行且向对置方向突出。也就是说，弹性部件130形成为Z字形，即从一端部向另一端部侧使细带状的金属板反复地向一方的宽度方向延长后向另一方的宽度方向折返，并且，如果固定一端部和另一端部，弹性部件130自身则在扭转方向伸缩自如。借助于这样构成的弹性部件130，可动体120在被基座112和外磁轭140包围的区域内，以轴125、126的轴为中心在扭转方向上活动自如地分别被固定体110的支撑壁部 114、116 支撑。
还有，如图1及图2所示，可动体120的轴125被设置成在与外磁轭140的延伸方向相同的方向上从支撑壁部116向外侧突出。即，轴125在驱动器100中被设置成在与磁体150和侧壁部142、143相对置的方向大致正交的方向上突出。这样的轴125通过被固定在线圈保持部124的前壁部1Mb，从而以位于穿过可动体120的重心的轴线上的方式被安装在可动体120上。由此，轴125与构成可动体120的主体的线圈170及线圈保持部IM —起进行旋转往返振动，可将该振动传递给外部。当驱动器100用于电动牙刷时，在轴125上连接牙刷部，该牙刷部与轴125处于同一轴心上且在头部具有与轴向正交地设置的毛束部。由此，牙刷部与轴125做相同运动，在此进行作为旋转往返振动的旋转运动。在本实施方式的驱动器100中，将可动体的120的惯量设为J、扭转方向的弹簧常数设为Ksp时，可动体120相对于固定体110以通过下述公式计算出的共振频率进行振动。(数学式1) --⑴本实施方式的驱动器100通过交流电供给部180向线圈170供给与可动体120的共振频率fo大致相等频率的交流电。由此，能够高效率地驱动可动体120。如图4所示，在固定体110及可动体120中，由外磁轭140、磁体150及线圈170形成磁路。在此，驱动器100具有如下磁路，即从磁体150产生的磁通(用白箭头表示)依次通过配置有线圈170的气隙、外磁轭140的侧壁部143、磁轭中央部141、侧壁部142、相反侧的气隙后，与磁体150的相反侧磁极连接。本驱动器100中的可动体120由经由弹性部件130而被固定体110支撑的弹簧质量系统构造(spring mass system structure)所支撑。当对线圈170供给与可动体120 的共振频率fo相等频率的交流电时，可动体120以共振状态被驱动。此时产生的旋转往返振动被传递到可动体120的轴125上。驱动器100基于下述公式(2)所示的运动方程式及下述公式(3)所示的电路方程式进行驱动。(数学式2)J= κm-KsMt)-D^--Thoad - (2) dt2 p dt J 转动惯量〔Kgm2〕 θ (t)角度〔rad〕 Kt 转矩常数〔Nm/A〕 i(t)电流(A) Ksp 弹簧常数〔Nm/rad〕 D 衰减系数〔Nm/rad/s〕 TLoad 负载转矩〔Nm](数学式3)
权利要求
1.一种驱动器，具有 永久磁铁；外磁轭，其具有隔着规定间隔分别与所述永久磁铁中的磁极不同的磁极面对置的内壁面；以及线圈，其配置在所述磁极不同的磁极面和与所述磁极不同的各磁极面对置的所述内壁面之间，且环绕所述永久磁铁； 所述驱动器还包括可动体，具备所述永久磁铁和所述线圈中的一个；固定体，具备所述永久磁铁和所述线圈中的另一个以及所述外磁轭，且通过弹性支撑部活动自如地支撑所述可动体；以及交流电供给部，其向所述线圈供给与所述可动体的共振频率大致相等的频率的交流电。
2.根据权利要求1所述的驱动器，其中，所述可动体具有与所述永久磁铁的不同磁极面大致平行且沿着所述永久磁铁的大致中心配置的输出轴，并且通过所述弹性支撑部所述可动体以所述输出轴为中心在扭转方向活动自如地被支撑。
3.根据权利要求1所述的驱动器，其中，所述可动体具有所述线圈，所述固定体具有所述永久磁铁。
4.根据权利要求3所述的驱动器，其中，所述永久磁铁经由非磁性体被安装在所述外磁轭上。
5.根据权利要求3所述的驱动器，其中， 所述外磁轭具有朝下方开口的截面U字形状，所述固定体具有磁性体的基座，在该基座的上方与该基座相间隔地配置有所述可动体，所述外磁轭以覆盖所述可动体的方式安装在所述基座上，并通过所述基座封闭具有所述对置的内壁面的两侧壁部的前端部。
6.根据权利要求5所述的驱动器，其中，所述永久磁铁经由非磁性体的衬垫安装在所述基座上。
7.根据权利要求3所述的驱动器，其中，所述固定体具有非磁性体的基座，在该基座的上方与该基座相间隔地配置有所述可动体；所述外磁轭具有朝下方开口的截面U字形状，并以覆盖所述可动体的方式安装在所述基座上；所述永久磁铁安装在所述基座上。
8.根据权利要求1所述的驱动器，其中，所述可动体具有所述永久磁铁，所述固定体具有所述线圈。
9.根据权利要求8所述的驱动器，其中，所述线圈的外周部被安装在所述外磁轭的相对置的所述各内壁面上。
10.根据权利要求8所述的驱动器，其中，所述固定体通过包括所述外磁轭的磁性体，活动自如地覆盖所述可动体。
11.根据权利要求8所述的驱动器，其中， 所述外磁轭具有朝下方开口的截面U字形状，所述固定体具有与所述可动体的下方相间隔地配置的板状的基座， 所述线圈安装在所述基座上，所述外磁轭以覆盖所述线圈及线圈内的所述可动体的方式安装在所述基座上。
12.根据权利要求11所述的驱动器，其中， 所述基座由磁性体形成。
13.根据权利要求11所述的驱动器，其中，在所述基座的表面形成有安装所述线圈的安装槽部。
14.根据权利要求2所述的驱动器，其中，所述可动体以所述输出轴为中心旋转自如地被轴支撑在所述固定体上。
15.根据权利要求1所述的驱动器，其中，所述弹性支撑部是设置在所述固定体与所述可动体之间、并且是在所述固定体与所述可动体之间变形自如的粘弹性体。
16.一种电动牙刷，具有权利要求2所述的驱动器；以及牙刷部，其与所述驱动器的输出轴同一轴心地连接到该输出轴，在该牙刷部的头部具有与轴向正交地设置的毛束部。
全文摘要
本发明涉及一种驱动器，不必使用独立于驱动源的驱动传递机构就能够实现电动牙刷等的往返旋转运动。在该驱动器(100)中，固定体(110)具有外磁轭(140)，该外磁轭(140)具有隔着规定间隔分别与磁体(150)中的不同磁极的磁极面对置的内壁面。在磁体(150)中，在磁极不同的磁极面和分别与磁极不同的磁极面对置的外磁轭(140)的内壁面之间，配置有环绕磁体(150)的线圈(170)，该线圈(170)作为可动体(120)经由安装在固定体(110)上的弹性部件(130)活动自如地被支撑。通过从交流电供给部(180)对线圈(170)供给与可动体(120)的共振频率大致相等频率的交流电，从而使可动体(120)进行往返旋转运动。
文档编号H02K33/04GK102202600SQ20098014280
公开日2011年9月28日 申请日期2009年10月29日 优先权日2008年10月31日
发明者北村泰隆, 山田健介, 稻本繁典, 高桥勇树 申请人:三美电机株式会社