JP4890245B2 - 振動変位を発生させるための電気モータを有する小型電気器具 - Google Patents

Description

本発明は、振動動作を発生させるための電気モータを有する小型電気器具に関する。当該小型電気器具は、特に、電気シェーバー又は電動歯ブラシであっても良い。

シェービングカッターの往復運転動作を伴うドライ・シェービング器具の振動電機子駆動部は、ＤＥ１１５１３０７Ａ（特許文献１参照。）から知られる。既知の振動電機子駆動部は、シェービング器具の筐体に固定されたＵ型電磁石を有する。固定された電磁石の極の近くに作用電機子と、質量対称での作用電機子の一端においては、夫々の振動補償電機子とが配置されている。動作時に、シェービングカッターを駆動する作用電機子は、電磁石の電極面に沿って振動し、補償電機子は、作用電機子の振動がシェービング器具の筐体上に伝わることをできる限り防ぐために、作用電機子に対して反対の位相で振動動作を実行する。

ＤＥ１９６８０５０６Ｔ１（特許文献２参照。）は、電磁石を用いて互いに対して反対の位相で振動を生ずる固定電磁石と幾つかの可動部品とを有する直線振動モータを有する電気シェービング器具を開示する。荷重のかかった状態でも可動部品の相互の位相関係を維持するために、前記部品は、同時に反対方向で、一つの可動部品から他の可動部品へ振動動作を伝える連鎖機構によって相互に連結されている。

ＤＥ１９７８１６６４Ｃ２（特許文献３参照。）から、電磁石コイルを有する中空円筒型のステータを有する直線駆動部を有する電気シェーバーが知られる。ステータには、互いに対して反対の位相で駆動される二つの可動要素が配置され、一つの要素はシェービングカッターを駆動し、一方、もう一つの要素は、望ましくない振動を抑制するカウンターウェイトを有しても良い。

ＥＰ１１９３８４４Ａ１（特許文献４参照。）から、ステータとして構成された筐体が往復動作を実行するローターを適応させる直線振動が知られる。また、筐体では、ローターの振動振幅を制御するためにスピンドルが可動式に配置されている。ローター及びスピンドルは、バネによって、互い及び筐体に結合されている。直線振動子によって発生した振動動作は、ローター又はスピンドルのいずれかで相殺されうる。
ＤＥ１１５１３０７Ａ ＤＥ１９６８０５０６Ｔ１ ＤＥ１９７８１６６４Ｃ２ ＥＰ１１９３８４４Ａ１

本発明は、可能な限り最適な方法で小型電気器具の少なくとも一つの作用ユニットを駆動することを目的とする。

上記目的は、請求項１による特徴の組み合わせによって達成される。

本発明の小型電気器具は、少なくとも一つの振動動作を発生させるための電気モータを有する。該電気モータは、二つの駆動部品を有する。該駆動部品のうちの一つは、少なくとも一つの第一の弾性要素を介して少なくとも一つの可動部品に接続され、電気コイルの磁界によって振動動作を実行するよう励振されうる。本発明の小型電気器具の特別な特徴は、両駆動部品が相互に互いを駆動し、互いに対して反対の位相で振動動作を実行するために当該小型電気器具内に可動式に配置されていることである。

本発明の一つの利点は、当該小型電気器具が高い効率を伴う低い振動での動作を実現することである。他の利点は、電気モータが最初から二つの振動動作を発生することである。従って、これら二つの動作は、如何なる付加的な設備も用いずに得られる。最後に、可動部品が第一の弾性要素を介して駆動部品の一つに接続されることが有利である。これは、第一の弾性要素を適切に必要な大きさにすることによって部品の動きに影響を及ぼす実現性を提供するからである。従って、全体として見ると、比較的単純な構成の電気モータは、夫々の用途に適応した動作特性を有する多種多様な駆動動作を作り出すために使用されうる。

原則として、前記二つの駆動部品は、少なくとも一つの第二の弾性要素によって互いに結合されている。この配置では、前記第二の弾性要素のスプリング力が前記第一の弾性要素のスプリング力よりも大きいことが、多数の用途に対して有利である。望ましくは、前記可動部品と、該可動部品が前記第一の弾性要素を介して接続された前記駆動部品とは、互いに対して反対の位相で振動動作を実行する。

本発明の一つの実施例において、前記可動部品は、有用な動作が前記第一の弾性要素により分離されるように、第一の作用ユニットとして構成される。他の実施例では、前記可動部品は、バランスウェイトとして構成される。バランスウェイトは、望ましくない振動を補償するよう働くので、この実施例は、筐体と同じく、非常に僅かにしか望ましくない振動を伴わない小型電気器具の動作を可能にする。

前記電気モータは、少なくとも一つの第二の作用ユニットを駆動しても良い。前記第二の作用ユニットは、前記駆動部品の一つにしっかりと接続されても良い。望ましくは、前記二つの作用ユニットは、互いに対して反対の位相で振動動作を実行するので、二つの作用ユニットの動作から、適切な大きさの望ましくない振動も生じない。多くの用途において、前記二つの作用ユニットは、異なる振幅及び／又は異なる周波数で振動動作を実行することが有利である。これは、より大きな支出を伴わずに本発明の小型電気器具を実現する。特に、本発明の小型電気器具は、前記電気コイルを介して前記二つの作用ユニットの振動動作の振幅を個別に制御する実現性を提供する。これは、夫々の動作状況に対する最適な適応を可能とする。また、状況下で、前記二つの作用ユニットを同じ駆動部品に結合することも有利でありうる。その場合には、特に、一つの作用ユニットは、第一の弾性要素を介して結合され、他の作用ユニットはしっかりと結合されている。

例えば電気シェービング器具のような、本発明の小型電気器具の一つの実施例では、前記電気モータは、直線振動モータとして構成される。例えば電動歯ブラシのような、本発明の小型電気器具の他の実施例では、前記電気モータは、回転振動モータとして構成される。前記回転振動モータは、更に、連続的な回転動作を実行するよう変形されることができる。

本発明を、添付の図面で表されている実施例を参照して、以下で説明する。

図１は、ステータレス直線モータを有する本発明の電気シェービング器具の一実施例を側面図で示す。ステータレス直線モータの関連する平面図は、図２で示されている。ステータレス直線モータは、僅かな距離だけ互いから間隔を空けられた第一のローター１及び第二のローター２を有する。第一のローター１は、第二のローター２の方向で広がっている二つの脚４を有する鉄心３を有する。夫々の脚には、巻き線型コイル５が配置されている。巻き線型コイル５は、離された個々のコイル又は共有されたコイルとして実施可能である。第二のローター２は、磁極の夫々一つが第一のローター１の鉄心３に向かうように、共通の搬送板７の上に逆の極性で並行して配置された三つの永久磁石６を有する。鉄心３と同じく、搬送板７は鉄材から作られている。二つのローター１及び２は、永久磁石６が僅かなエアギャップ８のみによって鉄心３の夫々の隣り合う脚４の夫々の端から離されるように、互いに対して極めて接近して並行に配置されている。エアギャップ８の幅は、鉄心３及び搬送板７の側面に夫々取り付けられた二つの重ね板バネ９によって予め決められる。重ね板バネ９は、それらによって決められた平面において剛体のように働くよう設計される一方で、弾性的にそれに対して直角に曲がる。図１に表された実施例に関して、これは、二つのローター１及び２が、重ね板バネ９によって作られた復元力に勝る場合に、その間に左右への夫々の動作を実行しても良いが、それらの夫々の距離及びそれによるエアギャップ８の幅が実際上は変更されないままであることを意味する。従って、第一のローター１及び第二のローター２が夫々直線振動動作を実行する振動システムが得られる。二つのローター１及び２の動作の方向は、互いに対して反対である。即ち、振動は、互いに対して反対の位相である。

振動は、動くように設定され、コイル５を流れる電流によって保持される。コイル５は、電磁石として夫々動作し、永久磁石６に作用して、コイル５と永久磁石６との間の相対的な動作を作る磁界を鉄心３と共に発生させる。適切な制御下では、コイル４で作られる夫々の磁界の極性を反転し、二つのローター１及び２を逆位相で振動させることが可能である。従って、第一のローター１は、従来の直線モータのステータの駆動機能を実行するが、このようなステータとは異なり、固定式ではなくて可動式である。他の結果の中では、これは、別な風の同一の状態の下で、従来の直線モータのステータ及びローターの相対速度の２倍の相対速度で動くステータレス直線モータの二つのローター１及び２をもたらす。従って、相対的に高い効率が達成可能である。

図１で示されている実施例では、第一のローター１は、電気シェービング器具の第一のシェービングカッター１０を駆動し、第二のローター２は、第二のシェービングカッター１１を駆動する。この目的のために、第一のシェービングカッター１０は、第一の接続部材１２を用いて第一のローター１にしっかりと接続されており、第二のシェービングカッター１１は、第二の接続部材１３を用いて第二のローター２にしっかりと接続されている。図１では、シェービングカッター１０及び１１並びに接続部材１２及び１３は、前後に並べられているので、個々の部品として可視的ではない。第一のシェービングホイル１４及び第二のシェービングホイル１５は、二つのシェービングカッター１０及び１１の極めて近くに配置されており、第一のシェービングヘッド部１６及び第二のシェービングヘッド部１７に夫々組み込まれている。第一のシェービングヘッド部１６は、重ね板バネ１８を用いて第一のローター１に接続されている。第二のシェービングヘッド部１７は、重ね板バネ１９を用いて第二のローター２に接続されている。最後に、第一のシェービングヘッド部１６及び第二のシェービングヘッド部１７は、夫々、重ね板バネ２０と重ね板バネ２１とを用いて電気シェービング器具の筐体２２に可動式に吊るされている。重ね板バネ９、１８、１９、２０及び２１は、重ね板バネ９が最も堅いように、それらの剛性に等級をつけられている。重ね板バネ１８及び１９は、同じ剛度で作られており、重ね板バネ９よりも幾分弱い。重ね板バネ２０及び２１は、同様に、同じ剛度で作られており、最も弱い。上記部品で作られた振動システムを図３に表す。

図３は、図１で表されている部品によって形成された振動システムのブロック図を示す。この配置では、個々のブロックは、連帯して動作する部品の塊を表し、関連する部品の参照番号によって相応に識別される。重ね板バネ９、１８、１９、２０及び２１は、隣り合うブロック間に描かれたバネ記号によって表されている。最後に、二つのローター１と２との間に働く磁力Ｆは、双方向矢印の形で示されている。ローター１及び２並びにそれらに接続されたシェービングカッター１０及び１１の共振周波数で望ましくは周期的に動作する磁力Ｆの存在するところで、ローター１及び２と、対応して、それらにしっかりと接続されたシェービングカッター１０及び１１とは、およそ２ｍｍの標準的な振動振幅で逆位相で振動する。ローター１及び２の振動は、シェービングホイル１４及び１５を含むシェービングヘッド部１６及び１７に重ね板バネ１８及び１９を介して伝えられる。重ね板バネ１８及び１９が比較的弱いと考えると、シェービングヘッド部１６及び１７は、極めてより低い振幅で振動させられる。シェービングヘッド部１６及び１７の振動振幅及びそれに伴うシェービングホイル１４及び１５の振動振幅の標準値は、ほぼ０．２ｍｍ程度である。更に、シェービングホイル１４及び１５の振動は、シェービングカッター１０及び１１の振動に対して逆位相である。最後に、重ね板バネ２０及び２１は、また、シェービングヘッド部１６及び１７の振動を筐体２２に伝える。しかし、重ね板バネ２０及び２１は非常に弱く、筐体２２は大きな質量を有するので、筐体２２へのエネルギー伝達は非常に低い。更に、振動の逆位相は、また、補償効果を生じうる。

概して、図１で表されているステータレス直線モータでは、第一のシェービングカッター１０、第二のシェービングカッター１１、第一のシェービングホイル１４及び第二のシェービングホイル１５は、歯車装置又は類似する補助装置の補助を伴わずに、夫々異なる大きさで振動することができる。二つのシェービングカッター１０及び１１は、互いに対して反対の位相で、且つ、関連するシェービングホイル１４及び１５に対して夫々反対の位相で振動する。

図４は、本発明の電気シェービング装置の第二の実施例を側面図で示す。図１と対照的に、第二の実施例のステータレス直線モータは、９０度だけ回転された位置で電気シェービング器具に取り付けられている。即ち、選択された図では、二つのローター１及び２は前後に配置されずに、上下に配置されている。先と同じく、二つのローター１及び２は、重ね板バネ９を介して互いに接続されている。第一のシェービングカッター１０及び第二のシェービングカッター１１は、第一の接続部材１２及び第二の接続部材１３を用いて第二のローター２に接続されている。第一のシェービングホイル１４及び第二のシェービングヘッド部１６並びに第二のシェービングホイル１５及び第二のシェービングヘッド部１７は、同様に、重ね板バネ１８及び１９を介して第二のローター２に接続され、更に、重ね板バネ２０及び２１を用いて筐体２２に吊るされている。これは、第二の実施例において、第一のローター１が駆動機能を有さないが、自由に振動することを意味する。システム全体の振動動作について、図５を参照して更に詳細に説明する。

図５は、図３と同様に、図４で表されている部品によって形成される振動システムのブロック図を示す。振動動作は、接続部材１２及び１３並びにシェービングカッター１０及び１１を含む第二のローター２の質量に対する第一のローター１の質量の比に極めて依存する。質量が異なる大きさである場合には、第一及び第二のローター１及び２の相応に異なる振動振幅がパルス維持のために大きくなりうる。第一のシェービングカッター１０及び第二のシェービングカッター１１の振動振幅が荷重を受けて極めて大幅に落ちることを防ぐために、重ね板バネ９のスプリング力は、シェービングホイル１４及び１５でのシェービングカッター１０及び１１の摩擦力よりも極めて大きくあるべきである。更に、第一のローター１の重心と、接続部材１２及び１３並びにシェービングカッター１０及び１１を含む第二のローター２の重心と、シェービングホイル１４及び１５を含むシェービングヘッド部１６及び１７の重心とは、静止の位置で上下に位置するべきである。これら三つの重心の振動を図６に示す。

図６は、図４で表されている電気シェービング器具の実施例の部品の重心又は部品の集合の振動のダイアグラムを示す。時間ｔは、横座標にプロットされ、静止位置からの重心の偏位Ａが縦軸にプロットされている。第一のローター１の重心の振動は、破線として表されている。接続部材１２及び１３並びにシェービングカッター１０及び１１を含む第二のローター２の重心によって実行する振動は、実線として示されている。点線は、シェービングホイル１４及び１５を含むシェービングヘッド部１６及び１７の重心の振動を表す。図解の目的のために、それらに接続された部品を含む第一のローター１及び第二のローター２の質量は等しく選択されているので、第一のローター１及び第二のローター２は、同じ振動振幅で互いに対して反対の位相で振動する。シェービングホイル１４及び１５を含むシェービングヘッド部１６及び１７は、同様に、第二のローター２に対して反対の位相で振動するが、十分により低い振動振幅を有する。

図７は、二つの異なる振動周波数に対するステータレス直線モータの一実施例を側面図で示す。この実施例では、第一のローター１は、螺旋状のバネ２３を介して第一のバランスウェイト２４に接続されており、一方、螺旋状のバネ２５は、第二のローター２を第二のバランスウェイト２６に接続する。螺旋状のバネ２３及び２５は、図７ではそのうちの一つしか示されていない重ね板バネ９よりも極めて高いバネ定数を有する。二つのローター１及び２並びに二つのバランスウェイト２４及び２５は、両方とも、非常に弱い構造の重ね板バネ２７を介して筐体２２に直線的に可動であるように吊るされているので、非常に低い振動が筐体２２に伝えられる。第一のローター１、その一方にある螺旋状のバネ２３及び第一のバランスウェイト２４、並びに第二のローター２、その一方にある螺旋状のバネ２５及びバランスウェイト２６は、夫々、コイル５に対する適切な電圧信号の適用によって振動を起こすことができる振動システムを形成する。二つの振動システムが異なる共振周波数を有するように構成されている場合には、これらは、電圧信号内の二つの適切な励振周波数により選択的に振動させられうるので、二つの振動システムの振動振幅が個別に影響を及ぼされることを可能にする。同様に、二つの振動システムに結合されたシェービングカッター１０及び１１並びにシェービングホイル１４及び１５の振動振幅も影響を及ぼされうる。電圧信号によるこの個別制御の可能性は、また、例えば、図４で表わされている実施例及び本発明の更なる実施例において、用途を見つけても良い。

図８は、図３と同様に、図７で表わされているステータレス直線モータのブロック図を示す。第一のローター１及び第一のバランスウェイト２４は、互いに対して反対の位相で振動動作を生じさせる。同様に、第二のローター２及び第二のバランスウェイト２６は、互いに対して反対の位相で振動する。この逆位相関係により、振動が如何に大きな程度でも筐体２２に伝えられることを防ぐことが可能である。これらの振動の周波数は、原則として、二つの振動システムの共振周波数に対応する。振動振幅は、コイル５の駆動により個別に影響を及ぼされうる。

本発明は、電気シェービング器具及び直線モータを有する他の小型電気器具に限定されず、例えば電動歯ブラシのような、回転モータを装備した小型電気器具でも使用されて良い。これを図９から１２に表わす。

図９は、ステータレス回転モータの実施例を側面図で示す。ステータレス回転モータは、ステータレス直線モータに類似する機能部品を有する。しかし、これらの機能部品は、回転動作が直線動作の代わりに作られるように、変形されている。従って、ステータレス回転モータは、回転可能であるように吊るされ、鉄材から作られた外部ローター２８を有する。外部ローター２８は、コイル５内の部分に、しかしそれに触れることなく広がっており、それによって外部ローター２８は固定コイル５に対して回転することが可能となる。鉄材から作られたローター鉄心３０及びそれに取り付けられた永久磁石６を有する内部ローター２９は、外部ローター２８内に配置されている。内部ローター２９は、同じく回転可能であるように吊るされており、外部ローター２８及び内部ローター２９は、共有の回転軸３１を有する。更に、回転モータは、また、外部ローター２８と内部ローター２９との間に配置された螺旋状のバネ３２及び外部ローター２８と中空円筒形部材３４との間に配置された螺旋状のバネ３３の組を有する。中空円筒形部材３４は、筐体２２の部品部分であっても、又は図示されていないバネによって筐体２２に吊るされていても良く、電動歯ブラシに関する場合には、歯ブラシ取付け部に接続されても良い。従って、回転モータは、二つの共振周波数を有する。回転モータの制御に関して、直線モータの制御に関する上記説明が同じように適用される。ステータレス回転モータが小型電気器具において特定の用途を見出す場合には、望ましくは、一つ又は幾つかのねじりバネが、二組の螺旋状のバネ３２及び３３に代わって使用される。

図１０は、ステータレス回転モータの更なる実施例を側面図で示す。この実施例は、コイル５が内部ローター２９の部品部分であって、永久磁石６が外部ローター２８の部品部分である点で、図９とは本質的に異なる。

図１１は、図１０と比べて再度変形された、ステータレス回転モータの一実施例を側面図で示す。この実施例では、永久磁石６の配置のみが図１０とは異なる。変形配置のために、外部ローター２８及び内部ローター２９は、図１１の表示において垂直方向に広がる直線振動を生ずる。

図１２は、連続的な回転動作を起こすことのできるステータレス回転モータの一実施例を側面図で示す。この実施例では、外部ローター２８は、永久磁石６を備え、内部ローター２９は、幾つかのコイル５を有する。螺旋状のバネ３３は、外部ローター２８と中空円筒形部材３４との間に設置されている。内部ローター２９が自由に回転することを可能にするために、螺旋状のバネ３２は、内部ローター２９に取り付けられていない。内部ローター２９の回転動作は、コイル５に交互に直流電圧を印加することにより作られる。これは、電子スイッチ装置の補助を有する既知の方法で実現可能である。交流電圧が直流電圧の上に重ねられると、外部ローター２８は、螺旋状のバネ３３を介して筐体２２に伝えられる回転振動を実行するように振動を生じさせられる。望ましくは、交流電圧の振幅が直流電圧を超えないように制御が成される。螺旋状のバネ３３のスプリング力は、中空円筒形部材３４の所望の振動を発生するように選ばれる。

変形された構成では、振動動作は、内部ローター２９をアンバランスにすることによって発生する。それによって引き起こされた振動の振幅は、振動動作の共振周波数に関する内部ローター２９の共振周波数の選択によって影響を及ぼされうる。

本発明によって構成され、ステータレス直線モータを有する電気シェービング器具の一実施例の側面図である。 図１の電気シェービング器具のステータレス直線モータの平面図である。 図１で表された部品によって形成される振動システムのブロック図である。 本発明によって構成される電気シェービング器具の第二の実施例の側面図である。 図３と同様に、図４で表される部品によって形成される振動システムのブロック図である。 第一のローターと、接続部材及びシェービングカッターを含む第二のローターと、シェービングホイルを含むシェービングヘッド部との重心に関する振動動作を示すグラフである。 二つの異なる振動周波数に対するステータレス直線モータの一実施例の側面図である。 図３と同様に、図７で表されているステータレス直線モータのブロック図である。 ステータレス回転モータの一実施例の側面図である。 ステータレス回転モータの他の実施例の側面図である。 図１０と比べて再度変形された、ステータレス回転モータの一実施例の側面図である。 連続的な回転動作を実行することのできるステータレス回転モータの一実施例の側面図である。

Claims (17)

1. 電気モータを有し、少なくとも一つの振動動作を発生させる小型電気器具であって、
   二つの駆動部品を有し、
   前記二つの駆動部品のうちの一方は、少なくとも一つの第一の弾性要素によって少なくとも一つの可動部品に接続され、電気コイルの磁界によって振動動作を行うよう励振されるようになっており、
   前記二つの駆動部品のうちの他方は、前記電気コイルとの作用により磁界を形成する手段を有しており、
   前記二つの駆動部品は、相互に互いを駆動し、夫々が、互いに対して反対の位相で前記振動動作の行うために当該小型電気器具内に可動式に配置されている
   ことを特徴とする小型電気器具。
2. 前記二つの駆動部品は、少なくとも一つの第二の弾性要素によって互いに結合されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の小型電気器具。
3. 前記第二の弾性要素のスプリング力は、前記第一の弾性要素のスプリング力よりも大きい
   ことを特徴とする請求項２に記載の小型電気器具。
4. 前記可動部品と、該可動部品が前記第一の弾性要素を介して接続された駆動部品とは、互いに対して反対の位相で振動動作を行う
   ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
5. 前記可動部品は、第一の作用ユニットとして構成される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
6. 前記可動部品は、バランスウェイトとして構成される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
7. 前記電気モータは、少なくとも一つの第二の作用ユニットを駆動する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
8. 前記第二の作用ユニットは、前記二つの駆動部品のうちの一つに堅固に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の小型電気器具。
9. 前記第一の作用ユニット及び前記第二の作用ユニットは、互いに対して反対の位相で振動動作を行う
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の小型電気器具。
10. 前記第一の作用ユニット及び前記第二の作用ユニットは、異なる振幅及び／又は異なる周波数で振動動作を行う
    ことを特徴とする請求項７乃至９のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
11. 前記第一の作用ユニット及び前記第二の作用ユニットの振動動作の振幅は、前記電気コイルを介して個別に制御可能である
    ことを特徴とする請求項７乃至１０のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
12. 前記第一の作用ユニット及び前記第二の作用ユニットは、同じ駆動部品に結合されている
    ことを特徴とする請求項７乃至１１のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
13. 前記電気モータは、直線振動モータとして構成されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
14. 電気シェービング器具として構成されている
    ことを特徴とする請求項１３記載の小型電気器具。
15. 前記電気モータは、回転振動モータとして構成されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のうちいずれか一項に記載の小型電気器具。
16. 前記回転振動モータは、更に、連続的な回転動作を行う
    ことを特徴とする請求項１５に記載の小型電気器具。
17. 電動歯ブラシとして構成されている
    ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の小型電気器具。

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