JP2005525067A - スプリング・アセンブリを用いて左右往復駆動動作を回転動作に変換するための装置及び同スプリング・アセンブリをチューニングするためのシステム - Google Patents

Abstract

ワークピースのために左右動作を回転動作に変換する装置は、若干アーチがかった軌道上を左右に往復するように駆動される可動ベースマウント素子と、この可動ベースマウント素子から離間して配置され、装置が動作する間に回転あるいは動くことがないように器具内に取り付けられる固定マウント素子とを含むスプリング・アセンブリを有する。この可動ベースマウント素子と固定マウント素子との間には例えば相互間で所定の角度をなすように配置される２つの平面リーフスプリングなどのスプリング部材が配置される。また駆動シャフトが可動ベース素子から固定マウント素子を通過して更に先に延びるように設置される。そしてこの駆動シャフトの先端にはブラシヘッドなどのワークピースが取り付けられる。ここでスプリング部材はねじり動作に対する耐久性が屈曲動作に対する耐久性よりも実質的に弱いように構成され、このような構成により可動ベース素子の左右動作からワークピースの回転動作が発生する。また電動歯ブラシなどの器具において適用されるリーフスプリング・システムなどの共鳴スプリング・アセンブリ・システムをチューニングする方法は、器具のワークピースの周波数依存振幅を計測し、スプリング部材の一部分を除去してスプリング部材のスプリングレートを低下させスプリング部材の共鳴周波数が器具の駆動周波数に近似するようにする工程を含む。

Description

本発明は一般に電動歯ブラシなどの小型器具装置に関し、特に左右往復駆動動作をワークピース回転動作に変換するためのスプリング構成に関する。また、本発明は製造過程においてこのスプリング構成を所定の固有共鳴周波数又は振幅にチューニングする方法に関する。

小型器具装置のワークピース動作には様々なものがある。また駆動動作とワークピース動作は同一である場合もあれば、例えば左右往復駆動動作を回転動作に変換するなど、特定の駆動動作をこれとは異なるワークピース動作に変換することが好もしい場合もある。特許文献１において開示される磁気ドライバは細長いピボット・アームの端部のうち歯ブラシ部品が結合される端部を駆動しこれが若干アーチ形状がかった軌道上を左右（前後）に往復ようにする。このような動作に従ってこのワークピース（部品）は所望の軌道上を動く。このような構成によって好適なワークピース動作を実現することが可能であるものの、様々な事情から場合によってはこのような左右駆動動作を保持しながらワークピースを所定の円弧内を回転させることが望まれることもある。このような場合左右運動から回転運動への変換を実行するための動作変換アセンブリが必要となる。

従来技術における左右駆動動作をワークピース回転動作に変換する装置としては、例えば上記特許文献１に記載される電磁石ドライバなどが知られている。このような装置によってはリンケージ構造を適用するものがある。しかしリンケージ構造においては望まれないバックラッシュ動作が頻繁に発生し、減衰、振動、ノイズの発生につながる可能性がある。また、スプリング素子と組み合わせられるピボット・アセンブリを適用する構成も知られている。ここではトーションバネを適用することが可能であるが、大概はコイルスプリングが適用され、このようなスプリングは典型的にはこの構成で要求される半径剛性と十分に低いトーションバネレートとの両方を備えていない。このような既存の装置のほとんどは各種軸受構造を要し、よってこれらの構成は複雑でノイズが多く信頼性が低いことが多い。また、軸受構造においてもバックラッシュの問題がある。

また、スプリング素子は共鳴システムにおける駆動アセンブリの一部として適用されることも頻繁にある。本発明の一実施形態もこのような構成において適用されるものである。この場合共鳴システムの性能を維持するためにスプリング・アセンブリの共鳴周波数を装置の動作又は駆動周波数に近づける何らかのチューニング手段又は非常に厳密な製造公差を要する。
米国特許第５，１８９，７５１号

したがって本発明の一仕様よる動作変換アセンブリに関しては、性能が良く、信頼性が高く、製造コストが低い変換アセンブリが求められる。さらに本発明によるまた別の仕様によるスプリング・アセンブリ・チューニング方法に関しては、アセンブリの製造過程において実行されうる単純なチューニング方法で、装置の製造公差を拡大し（許容範囲を広げ）、装置の製造コストを削減するとともに製造工程において製造される欠陥品の数を低減できるような方法が求められる。

本発明の一仕様は、左右駆動動作を器具のワークピース部分における回転動作に変更するための装置及びこれに対応する方法に関し、同装置は左右に往復するように駆動される可動ベースマウント素子と、このベース素子から離間して配置され、装置が動作する間に動くことがないように固定される固定マウント素子と、可動ベース素子に接続され、且つ固定マウント素子に固定接続されるスプリング部材と、ベース素子に接続され、前記固定マウント素子に対して回転可能であり、ワークピースが取り付けられるように構成される駆動シャフト部材とを有し、スプリング部材はねじれ動作に対する耐久性が屈曲動作に対する耐久性よりも実質的に弱いように構成され、このねじれ動作はワークピースにおける所定周波数での回転動作を促す。

また本発明の更に別の仕様は、ワークピースを具備し且つ駆動周波数を有するような器具の共鳴駆動システムにおいて適用されるスプリング部材をチューニングする方法に関し、同方法はスプリング部材の動作によって振動するワークピースの周波数依存振幅を計測し、計測された周波数が器具の動作周波数を上回るか、あるいは下回る場合、スプリング部材のスプリングレートを変更することによってこのスプリング部材の共鳴周波数を変更して、この共鳴周波数が器具の動作周波数に近似するようにする工程を含む。

図１及び図１Ａはハンドル部１２及びヘッド部１４を有する電動歯ブラシ１０を示す。このハンドル部１２は充電電池１６などの電源及び駆動アセンブリ１８を有する。ヘッド部１４は所定のパターンに配置された複数の剛毛からなるブラシヘッド２０などのワークピース素子、このブラシヘッド２０が取り付けられるブラシヘッド・アーム２２、動作変換アセンブリ２６、及びこの動作変換アセンブリのためのマウント・アセンブリ２７を有する。

ここで示される実施例による動作変換アセンブリ２６は、ブラシヘッド・アーム２２の方へ延びてこれと結合する駆動シャフト２８の線形動作を回転動作に変換する。こうしてこのブラシヘッド・アーム２２及びブラシヘッド２０は回転駆動される。またヘッド部１４はナット部３０を有し、このナット部３０によりヘッド部１４はハンドル部１２に接続され、マウント・アセンブリ２７はこのナット３０に固定される。

ここで示される装置では、駆動アセンブリ１８が電磁石に相当し、この電磁石は左右動作力を生成し、動作変換アセンブリ２６の後端にある可動端部４０に取り付けられる２つの永久磁石３２と連動してこの可動端部４０を若干アーチがかった軌道において左右に平行移動させる。なお、ここで「左右」動作とは直線的な左右動作及び若干アーチがかった軌道をたどる左右動作の両方を含む。

動作変換アセンブリ２６はリーフスプリング構成を介して駆動アセンブリの駆動動作を駆動シャフト２８のツイスト又は回転動作に変換する。これに応じてブラシヘッド・アーム２２及びブラシヘッド２０が駆動シャフト２８の縦軸Ａ−Ａ（図２参照）の周りを回転するように駆動される。図示される実施例においては、ブラシヘッドの回転角度（アーク角度）は約１１°であるが、この角度は可変であり、本発明の実施形態を特徴付ける要素とはならない。

図２はこの動作変換アセンブリ２６の構成をより詳細に示す。このアセンブリ２６は可動端部４０を有し、本実施例ではこれはプラスチック材料から形成され長さが約０．６インチ、最大幅が約０．６インチ、厚さが約０．１インチに設計されている。またこの端部４０の裏面４４にはこの中央から延びるマウント・スタブ４６が設置される。このマウント・スタブ４６には更に永久磁石アセンブリが設置される。これは本実施例によると金属マウント板５０（図１参照）及び離間する２つの矩形永久磁石３２−３２から構成される。これらの永久磁石３２−３２はハンドル部１２の電磁石１８と連係して可動端部４０が若干アーチ状の軌道を左右に動くようにこの可動端部４０を駆動する。この動作の詳細については、ここで参照により本願に挿入される特許文献１に記載される。なお、上述のような駆動アセンブリ１８による左右駆動動作への動作変換は本発明の実施の単なる一例に過ぎず、本発明による動作変換アセンブリはこれ以外にも様々な左右動作ドライバに適用されることが可能である。

可動端部４０の対向面５６にはマウント部５８が設けられ、このマウント部５８は端部４０と一体構造をなすか、あるいはこの端部４０にしっかりと固定接合される。このマウント部５８からは２つの細長いリーフスプリング６０及び６２が前方向に延びる。図示される実施例においては、各リーフスプリング６０，６２はそれぞれ長さ約１インチ、幅０．２インチ、厚さ０．０２インチに設計されている。また本実施例においてこれらリーフスプリング６０，６２は金属から形成される。しかしこの構成要素はプラスチックなど他の材料から形成されることも可能である。

図示される実施例における２つのリーフスプリング６０，６２は相互間で角度７０°を形成するように配置される。これら２つのリーフスプリング６０，６２は可動端部４０及び固定端部６４との間を延在し、これら両方の端部に固定接合される。固定端部６４は全体的には円形の形状を有し、厚さは約０．１インチであり、ここではプラスチックから形成される。またこの固定端部６４はその上部と底部のそれぞれにおいて２つの対向するノッチ開口部６７，６９を有する。

２つのリーフスプリング６０と６２とがマウント部５８からそのまま延びていくと互いに交差する点となる位置において駆動シャフト２８が配置される。２つのリーフスプリング６０と６２の平面はこの駆動シャフト２８が配置される動作アセンブリの回旋点で交差する。図示される実施例では、この駆動シャフト２８は金属からなり、その断面形状は矩形であるが、これ以外の構成をとることも可能である。動作中においてリーフスプリングはねじれ、またある程度曲がることも可能であり、このようにして駆動シャフトの回転動作を生成する。なお、各スプリングにかかる応力を低減するためにスプリングの相対位置及び寸法は最適化されうる。

図示される実施例における駆動シャフト２８は固定端部６４におけるノッチ開口部６９を通過してここから延長し、よって固定端部６４に対して自由に回転することができる。駆動シャフト２８はブラシヘッド・アーム２２のほうへ延びて、これに結合される。これにより動作変換アセンブリの動作によって生成される駆動シャフト２８の回転運動がブラシヘッド・アーム２２及びこの先端部に取り付けられるブラシヘッド２０の回転運動を生成する。

固定端部６４はマウント・アセンブリ２７によって固定され、ここで駆動シャフトと共に回転しないように構成される。このマウント・アセンブリ２７はプラスチック製のリング部を有し、このリング７２からは後方向に２つの対向フランジ７４及び７６が延在する。これら２つのフランジ７４，７６はそれぞれ固定端部６４のノッチ開口部６７，６９を介して後方に延長する。またこれら２つのフランジ７４，７６は歯ブラシのハンドル部１２に設けられる対応受け入れ部（非図示）に係合するように構成され、これによりマウント・アセンブリ２７（ヘッド部１４）とハンドル部１２との確実な係合接続が実現されうる。マウント・アセンブリ２７のフランジ７４、７６がハンドル部１２における対応する受け入れ部に適正に配置されてナット３０が配置されると、後述するように、マウント・アセンブリ２７、そして固定端部６４は回転しないようにしっかり固定される。また２つのリーフスプリング６０、６２それぞれの先端部は固定部６４に固定接合されるためこれらの素子も動かないようにされる。

マウント・アセンブリ２７及び変換アセンブリ２６の上にはナット素子（カバー素子）３０がかぶせられる。この接続ナット素子３０はその内側表面にネジ山７７を具備し、これによってナット素子３０はハンドル部１２の外周ネジ山部分６７にネジ接続される。ナット３０はフランジ７４及び７６をハンドルにクランプし、これに応じて固定端部６４はフランジ７４及び７６によって所定位置に保持される。なお、ナット３０の上部エッジ７９には可撓性接続部材７８が設けられ、本実施例ではこれはエラストマー材料から形成される。この接続部材７８の下部エッジはナット３０の上部エッジにぴったりと重なり合う。この接続部材７８は封止素子７７へ延長する。この封止素子７７はブラシヘッド・アーム２２とこの接続部材７８の上端部との間を液体によって封止する。

動作中はハンドル部内の電磁石ドライバ１８（又はその他各種左右駆動ドライバ）によって生成される左右駆動動作は可動端部４０の若干アーチがかった軌道上をたどる左右動作を生成し、これによってブラシヘッド２０が特定の角度内において回転する。

図示される実施例では２つのリーフスプリング６０、６２、及び駆動シャフト２８はそれぞれ歯ブラシの縦軸Ｂ−Ｂ（図３参照）から角度α逸れた方向に延びるように固定端部及び可動端部に取り付けられる。この角度αは５−１５°の範囲内にあり、より好適には１０°である。ブラシヘッド・アーム２２にこのような角度を設けることにより、ユーザの口内のより奥まで達することが可能になる。この構成は様々な観点から好適な効果を発揮しうる。また、このような構成では回転動作の回旋点とハンドルの軸とが異なる。このように回旋点が装置の縦軸から逸れているため、駆動シャフトの回転軸に対する装置の他の部分の慣性モーメントが上昇し、これに応じてハンドルの振動が低減されうる。これは慣性モーメントが大きいほどハンドルを含む装置の振動が低減されうるからである。これはユーザにとって好都合である。

なお、上述の実施例においては互いに特定の角度（７０°）をなす２つの別々のリーフスプリングが適用されるが、必ずしも２つのリーフスプリングを適用する必要はない。またリーフスプリングの分離角度は９０°±４０％の範囲内において可変である。更に、２つ以上のリーフスプリングをラジアルパターンに配置することも可能であり、この場合リーフスプリングの平面は駆動シャフトの回旋点を交差する。また２つのリーフスプリングはＶ字型もしくはＵ字型、または片開きの正方形又は長方形の形状を有する単一リーフスプリングに結合されることも可能であり、またこれ以外の構成をとることも可能である。駆動シャフトはシステムの可動端部を介してスプリングに接続される必要がある。なお、この駆動シャフトはスプリングのこれ以外の箇所に接続されることはできない。この構造は単一体を構成されることが可能である。スプリング素子の主な構成要件としては、ねじれに対する耐久性が屈曲に対する耐久性よりも弱くなるように構成されることが要求される。すなわち可動端部の左右動作によってスプリングのねじれが生じ、これによって駆動シャフトが回転するように構成される必要がある。ここにおいて示される実施例はこのような動作を実現することが可能である。しかしこれ以外の構成によってこのような動作を実現することも可能である。また更なる重要なスプリングの構成要件として、このようなスプリングは単にブラシヘッドの回転動作を実現するだけではなく、選択された周波数でこのような回転動作を実現することができるように構成される必要がある。

図６、図７及び図８は図１−３に示される動作変換アセンブリの実施形態の変形例を示す。この変形例ではワイヤ式のスプリング構造が適用される。この動作変換アセンブリはバックプレート１２０及び永久磁石１２２を有する。このバックプレート１２０にはスタブ１２６を介してアーマチュウア・シャフト１２４が取り付けられる。このアーマチュア・シャフト１２４は先端部１２７において相互直角（９０°）に配置される２つのスロット１２３，１２５を有する。また、これらスロット１２３、１２５には相互直角に配置される２つのワイヤ式スプリング１２８及び１３０が挿入される。また、ブラシシャフト１２９はスロット１２３、１２５に係合する交差素子１３１，１３３を有し、この係合によりワイヤ式スプリングはアーマチュア・シャフト１２４及びブラシシャフト１２９のそれぞれの端の間に挟持されうる。

ブラシシャフト１２９の先端部１３５にはブラシヘッドなどのワークピース（非図示）のためのベース素子１３７が設けられる。ブラシシャフト１２９とアーマチュア・シャフト１２４との係合部分にはブラシシャフト１２９の上から接管１３６が押し被され、これによってこの接管１３６はコレットのようにスプリング、ブラシシャフト、及びアーマチュア・シャフトを結合された状態で保持する。そして次にワイヤ式スプリング１２８及び１３０の後端部がスプリングマウント１３８に係止される。このスプリングマウント１３８はその後端部１３９においてスロット１４１を具備し、これによってワイヤ式スプリングの後端部を係止する。そしてこのスプリングマウント１３８は装置のハウジングに固定接続される。ここで駆動アセンブリにおいて生成される左右動作力によって促されるバックプレート１２０の動作の結果ブラシシャフト１２９が回転する。

図９及び図１０は更に別の実施例を示す。ここでの変換アセンブリは単一体のマルチ・リーフスプリング１４０を有する。このマルチ・リーフスプリング１４０は一端１４８で結合される３つの脚１４２−１４４を有する。このスプリング１４０は可動後部部材１５０に取り付けられ、ここにはチューニング体１５１が配置される。このチューニング体１５１から素材を除去することでスプリング・アセンブリの共鳴周波数をチューニングすることができる。可動後部部材１５０の裏面にはバックプレート素子１５２が配置され、このバックプレート１５２には永久磁石１５４が固定される。またこの可動後部部材１５０にはここから先方へ延びる駆動シャフト１５８が接合される。この駆動シャフト１５８の先端１５５にはブラシヘッドなどのワークピース（非図示）が固定される。スプリング・アセンブリ１４０の自由端は固定マウント素子１６０に接合され、駆動シャフトはここから先方へ延びる。この固定マウント素子１６０は歯ブラシ装置のハウジングに固定される。ここでは可動部材１５０の往復運動により駆動シャフト１５８及びワークピースが回転運動する。

また、これ以外のスプリング構成を適用することも可能である。例えば複数のスプリング素子１６１−１６１を後部可動マウント部材１６３から固定マウント部材１６５へ延在させたバスケット形状の構成なども可能である。この複数のスプリング素子１６１−１６１は２つのマウント部材の間において外側に広がるような形をとる。図１１はこのような構成において４つのスプリングを適用した例を示すが、スプリングを更に追加することも可能である。ここで各スプリングの平面はスプリング・アセンブリの回旋点を交差するように延びる。またスプリング・アセンブリの回旋点には可動部材１６３から延びて固定部材１６５の開口部１６７を通過する駆動シャフト（非図示）が設置される。

上記の変形例でもスプリング部材は屈曲動作よりもねじり動作に対する耐久性が弱いという特性を有し、これによって左右駆動力に応じて駆動シャフトの回転動作が実現されうる。

図４は本発明の実施形態のまた別の適用例を示す。ここで本発明は電気カミソリ８０に適用され、この装置は上記実施例と同様に永久磁石を含み磁気駆動機構８２によって駆動される可動端部８１を有する。この可動端部８１からは所定角度をなす２つのリーフスプリング８４及び８６が延び、これらスプリングはその他方の端で固定端部８８に固定接続される。駆動シャフト９０はこの固定端部８８から後方へリーフスプリング８４及び８６に対して平行に延びる。この駆動シャフト９０は可動端部８１から支持素子８２よって支持された状態で吊るされ、駆動アセンブリ８２の下側において延在する。

この駆動シャフトにはここから外側半径方向に延びる複数の細長カッターブレード９４が固定接合される。これらブレード９４の外側エッジはカッター状に研がれている。これらの外側エッジはシェーバースクリーン素子９６と接触する。動作中は端部８１の左右動作によってシャフト９０が回転運動し、これにより更にカッターブレード９４が所定角度内において回転してカミソリ装置の切断動作を実現する。

この実施例から理解されうるようにワークピースが取り付けられる駆動シャフトの位置及び構成は動作変換アセンブリによって様々な形を取ることが可能である。但しこれらの実施例において可動端部が左右に駆動され、駆動シャフトの回転運動を実現するスプリング・アセンブリがこの可動端部から固定端部へ延び、駆動シャフトがこの可動端部に取り付けられてこのシャフトに接合されるワークピースの回転運動を促す。

本発明の実施形態によると、軸受素子や収縮素子を設ける必要性がなくなる。これは主にスプリング素子の屈曲が少ないからである。しかしこのような簡素化にもかかわらず本発明は頑丈で、信頼性及び性能の高い構成を実現しうる。更に本発明による構成は共鳴アセンブリであって、装置の動作（駆動）周波数に合わせられうる。例えば歯ブラシの実施例においては、所望の動作周波数は約２６１Ｈｚである。したがってスプリング・アセンブリはこの周波数での回転運動を実現できるように設計・構成されうる。

上述のように図１に示される変換アセンブリを含む歯ブラシ装置は「共鳴」システムに相当する。すなわちシステム内の機械的構成素子の固有共鳴周波数が歯ブラシ装置の動作又は駆動周波数と合致するように構成されていて、この歯ブラシ装置の例においてはこの周波数は約２６１Ｈｚである。このような共鳴システムは非共鳴システムよりも高性能である。

上述のようにスプリング・システムの共鳴周波数を装置の動作周波数に確実に合致させるためには様々な既存の方法が適用されうる。このような方法の１つとして、装置の製造工程において機械システムの構成及び設計を厳密に制御してチューニングなしで所望の周波数への合致を実現するという方法がある。しかしこの場合製造公差は相当厳密でなければならなく（より精度の高い部品を使用する必要性も発生し）、よって大概は相当多くの装置がこの厳密な製造交差の要件を満たさないために欠陥品として破棄されることになる。

また別の方法として、スプリング構成の共鳴周波数を装置の動作周波数に合致させるためにスプリング構成を「チューニング」または調整する各種処理動作を実行する方法がある。このようなチューニング処理は典型的には相当な時間と技術を要し、よって典型的にはコスト面からあまり好適でない。このようなチューニング処理は製造過程又はその後例えば既にユーザの手に渡っている場合においても実行されうる。

本発明はこのような仕様に関して、高音製品における共鳴スプリング・システムをチューニングするための方法を開示する。本発明による方法はスプリング・アセンブリの共鳴周波数を装置の動作周波数に合致させるためにこの共鳴周波数を上昇又は低下（チューンアップ又はチューンダウン）させるのに適用されうる。

本発明の方法における第１ステップでは、ワークピースの振幅が試験周波数で計測されるかあるいはこの逆の処理が行われる。すなわち可変周波数に対して一定振幅が適用されるか、あるいは可変振幅に対して一定周波数が適用されることが可能である。これらの技法は共にチューニングに適用されうる。スプリング・アセンブリをチューニングするためにはこのスプリング・アセンブリの動作特性カーブにおける動作点をシフトして所望の動作周波数又は振幅と合致させる。

この動作特性カーブにおける動作点を低下させる（周波数の低下）のにはスプリング・アセンブリのスプリングレートを低下させればよい。また、動作特性カーブにおける動作点を上昇させる（周波数の増加）のにはスプリング・アセンブリのスプリングレートを上昇させればよい。多くのチューニングシステムはスプリング・システムの重さを増減させることにより同システムの慣性を上昇あるいは低下させるが、この方法は典型的には精度がそれほど高くなく、所望の周波数への合致を実現するためには比較的高重量を増減しなければならない。しかし本発明の方法ではスプリング・アセンブリ（ここでの実施例ではリーフスプリングに相当する）の構成を変更することにより（慣性ではなく）スプリングレートを上昇あるいは低下させることに着目している。

スプリングレートを低下させる処理においては、製造された各リーフスプリングをそれぞれ図５に示されるように一部切断することによってその構成を変更することができ、これによってリーフスプリングのスプリングレートが変更しうる。また、このスプリングに素材を加えることによりスプリングレートを上昇させることも可能である。図示される実施例では、１００において示される切断部１１０によってスプリングの幅を縮めることが可能である。この切断部１１０は疲労を発生させる応力を低減するために大体スプリング素子１０６の両端１０２及び１０４から等距離である点を中心に形成される。この切断部１１０の深さは（スプリングの幅に沿った深さ）は要求されるチューニングの度合いに合わせて調整される。この切断部の可変値としては、切断部全体の長さ、形状（すなわち切断部の曲率）、及び切断部の幅を含む。ここで示される実施例においては、切断部１１０は湾曲した形状を有するが、これ以外の切断形状にすることも可能である。例えば１つ又は両スプリングの中心にフットボール形状のスロットを設けることも可能である。このような構成における可変値としてはスロットの位置、スロットの長さ及び／又は幅、スロットの曲率などがある。このような切断は、レーザー、グラインダー、又は一般の切断器具などを適用するなど様々な手法によって実現されうるが、素材を除去する方法は本発明に追いける重要要件とはならない。

切断が実行された後はこの構造体の周波数が許容される公差の範囲内にあることを確認するために更なる試験が行われる。切断された構造体が許容公差に満たない場合は更なる切断を実行して所望の公差に調整することができる。このようなチューニング方法により、装置の製造公差の厳密さが以前よりも緩和される。これによって製造された装置にうち欠陥品として拒絶される装置の数が低減しうる。更にチューニングが製造過程において迅速且つ効率的に実行されることが可能であり、装置はその後更にチューニングされる必要がなくなる。

本発明はまず第１に、歯ブラシなどの装置に適用される左右動作から回転動作への動作変更を実現するための新たな動作変換アセンブリを提案する。この好適な一実施形態ではねじれに対する耐久性が屈曲に対する耐久性よりも弱いように構成されるリーフスプリングが適用される。ここにおいてスプリング・アセンブリは多少の屈曲を伴いながらねじれて、ワークピースの取り付けられた駆動シャフトにおいて所望の回転運動を実現する。なお、ここでスプリングが屈曲に対する強い耐久性を有することにより軸受けを設ける必要性がなくなる。また、変換対象となる動作は「左右」動作と称されるが、このような動作は直線的な動作に加え上記実施形態において記載されるような若干アーチがかった軌道を往復する動作をも含む。ワークピースの動作はこのワークピースが取り付けられる駆動シャフトの軸を中心とする回転動作に相当する。本発明はまた第２にスプリング・アセンブリ・システムをチューニングするための方法として製造過程においてこのシステムの共鳴周波数をこのシステムにおける所望の動作周波数（駆動周波数）に合わせるための方法を提案する。これにより製造公差に対する要件が緩和されうる。

なお、上記においては本発明による動作変更システム及びチューニング方法の好適な実施形態が例として説明されているものの、本願の請求項によって規定される本発明の範囲を逸脱することなくこれらの実施例に対して様々な変形、変更、及び置換を加えることも可能である。

本発明の一実施形態による動作変換アセンブリが電動歯ブラシに適用される実施例の構成を示す分解図である。 本発明の一実施形態による動作変換アセンブリが電動歯ブラシに適用される実施例の構成を示す分解図である。 図１の動作変換アセンブリの一部分の構成をより詳細に示す斜視図である。 歯ブラシのシャフト及びブラシアームの縦軸に対する角度を示す正面図である。 本発明の実施形態の変形例によるシェーバー装置において適用される動作変換システムの構成を示す図である。 図２の動作変換アセンブリに対して本発明の一実施形態による周波数チューニング方法を適用した結果を示す図である。 図２の実施形態の一変形例を示す図である。 図２の実施形態の一変形例を示す図である。 図２の実施形態の一変形例を示す図である。 図２の実施形態のまた別の変形例を示す図である。 図２の実施形態のまた別の変形例を示す図である。 図２の実施形態の更に別の変形例を示す図である。

Claims (39)

1. 左右駆動動作を器具のワークピース部分における回転動作に変更するための装置であって、
   左右に往復するように駆動される可動ベースマウント素子、
   前記ベース素子から離間して配置され、前記装置が動作する間に動くことがないように固定される固定マウント素子、
   前記可動ベース素子に接続され、且つ前記固定マウント素子に固定接続されるスプリング部材、及び
   前記ベース素子に接続され、前記固定マウント素子に対して回転可能であり、ワークピースが取り付けられるように構成される駆動シャフト部材を有し、
   前記スプリング部材はねじれ動作に対する耐久性が屈曲動作に対する耐久性よりも実質的に弱いように構成され、前記ねじれ動作は前記ワークピースにおける所定周波数での回転動作を促すことを特徴とする装置。
2. 前記スプリング部材は２つの別個の平面スプリングから構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記スプリング部材は単一平面スプリングから構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 前記スプリング部材は直交するワイヤ式スプリングから構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
5. 前記スプリング部材は前記ベースマウント素子と固定マウント素子との間において所定間隔に離間されて配置される複数の平面スプリングから構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 前記ベースマウント素子の左右動作は、前記装置のベース部分に設けられる磁気駆動機構によって実現され、前記磁気駆動機構は前記可動ベースマウント素子に配置される永久磁石及び前記永久磁石から離間されて配置される電磁石ドライバを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
7. 前記器具は歯ブラシに相当することを特徴とする請求項１記載の装置。
8. 前記器具はシェーバーに相当することを特徴とする請求項１記載の装置。
9. 前記２つの平面スプリングは長さ方向に沿って所定の角度を形成するように分離されることを特徴とする請求項２記載の装置。
10. 前記角度は約９０°±４０％であることを特徴とする請求項９記載の装置。
11. 前記駆動シャフト部材は前記２つのスプリングの平面が交差する位置に設置されることを特徴とする請求項９記載の装置。
12. 前記駆動シャフト部材は前記固定マウント素子から先方へ一定距離延長し、前記ワークピースはブラシヘッドに相当することを特徴とする請求項１記載の装置。
13. 前記スプリング部材及び駆動シャフトは共に金属から形成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
14. 前記駆動シャフト部材及びスプリング部材は共に前記装置の縦軸に対して所定角度逸れるように配置されることを特徴とする請求項１記載の装置。
15. 前記装置が動作する間に前記固定マウント素子が動かないように前記固定マウント素子を固定する位置づけ部材を有し、
    前記位置づけ部材は前記装置のハンドル部の受け入れ部分と係合して位置づけされたアセンブリを動かないようにする延長部分を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
16. 前記所定角度は５〜１５度の範囲内にあることを特徴とする請求項１４記載の装置。
17. 前記駆動シャフト部材は一方では前記可動ベース素子から前記固定マウント素子のほうへ延び、他方では前記ベース素子の後方に一定距離延長し、前記ワークピースは実質的に前記駆動シャフトの長さ分だけ延びることを特徴とする請求項１記載の装置。
18. 駆動シャフトに取り付けられたワークピースを具備する器具であって、
    前記器具の駆動システムを収容するハンドル部、
    前記駆動システムの左右駆動動作をワークピースの回転動作に変換するためのアセンブリで、前記駆動システムによって左右に往復するように駆動される可動ベースマウント素子を含むようなアセンブリ、
    前記ベース素子から離間されて配置され、前記装置が動作する間に動かないように固定されるような固定マウント素子、
    前記可動ベースマウント素子に接続され、且つ前記固定マウント素子に固定接続されるスプリング部材、
    前記ベース素子に接続され、前記固定マウント素子に対して回転可能である駆動シャフト部材、及び
    前記駆動シャフト部材に取り付けられるワークピースを有し、
    前記スプリング部材はねじれ動作に対する耐久性が屈曲動作に対する耐久性よりも実質的に弱いように構成され、前記ねじれ動作は前記ワークピースにおける所定周波数での回転動作を促すことを特徴とする装置。
19. 前記スプリング部材は２つの別個の平面スプリングから構成されることを特徴とする請求項１８記載の器具。
20. 前記スプリング部材は単一平面スプリングから構成されることを特徴とする請求項１８記載の器具。
21. 前記可動ベースマウント素子の左右動作は、前記器具のハンドル部に配置される磁気駆動機構によって実現され、前記磁気駆動機構は前記可動ベースマウント素子に配置される永久磁石及び前記永久磁石から離間されて配置される電磁石ドライバを含むことを特徴とする請求項１８記載の器具。
22. 前記器具は歯ブラシに相当することを特徴とする請求項１８記載の器具。
23. 前記２つの平面スプリングはそれぞれの長さ方向において所定の角度を形成するように分離されることを特徴とする請求項１９記載の器具。
24. 前記駆動シャフト部材及びスプリング部材は共に前記装置の縦軸に対して所定角度逸れるように配置されることを特徴とする請求項１８記載の器具。
25. 前記駆動シャフト部材は一方では前記可動ベース素子から前記固定マウント素子のほうへ延び、他方では前記ベース素子の後方に一定距離延長し、前記ワークピースは実質的に前記駆動シャフトの長さ分だけ延び、前記器具はシェーバーに相当することを特徴とする請求項１８記載の器具。
26. 前記器具が動作する間に前記固定マウント素子が動かないように前記固定マウント素子を固定する位置づけ部材、及び
    カバー素子をさらに有し、
    前記位置づけ部材は前記器具のハンドル部の受け入れ部分と係合する延長部分を有し、
    前記カバー素子の一端は前記ハンドル部分にネジ接続され、前記カバー素子の他方端は前記駆動シャフト部材のハウジングにおける近接端と係合し、
    前記位置づけ部材は前記カバー素子の内面に取り付けられることを特徴とする請求項１８記載の器具。
27. 左右駆動動作を器具のワークピース部分における回転動作に変換するための装置であって、
    左右に往復するように駆動される可動ベースマウント素子、
    前記装置が動作する間に動かないように保持されるような固定マウント素子、
    前記可動ベースマウント素子に接続され、且つ前記固定マウント素子に固定接続されるスプリング・アセンブリ、及び
    前記ベース素子に接続され、前記ベース素子及び前記固定マウント素子から遠ざかる方向へ延び、ワークピースが接続されるように構成される駆動シャフト部材を有し、
    前記スプリング・アセンブリはねじれ動作に対する耐久性が屈曲動作に対する耐久性よりも実質的に弱いように構成され、前記ねじれ動作はワークピースにおける所定周波数での回転動作を促すことを特徴とする装置。
28. 電動歯ブラシ装置であって、
    ハンドル部、
    縦軸を有する前記ハンドル部内に配置される前記歯ブラシの駆動アセンブリ、及び
    ブラシヘッドが取り付けられるアーム部を有する駆動シャフト・アセンブリを有し、
    前記駆動シャフト・アセンブリは前記駆動アセンブリの動作に応答して前記ワークピースの動作を促し、
    前記駆動シャフト・アセンブリは前記ハンドル部の縦軸に対して傾斜されていて、前記傾斜の角度は、前記駆動シャフトの回転軸が前記ハンドル部の縦軸と一致する構成に比べて前記歯ブラシのハンドル部の振動を著しく低減させるのに十分な前記駆動シャフトの回転軸に対する前記歯ブラシの慣性モーメントを実現できるような範囲内にあることを特徴とする装置。
29. 前記角度は５〜１５度の範囲内にあることを特徴とする請求項２８記載の装置。
30. ワークピースを具備し且つ駆動周波数を有するような器具の共鳴駆動システムにおいて適用されるスプリング部材をチューニングする方法であって、
    前記スプリング部材の動作によって振動する前記ワークピースの周波数依存振幅を計測し、前記計測された前記器具の周波数が動作周波数を上回るか、あるいは下回る場合、
    前記スプリング部材のスプリングレートを変更することによって前記共鳴周波数を変更して、前記共鳴周波数が前記器具の動作周波数に近似するようにする工程を含むことを特徴とする方法。
31. 前記スプリング部材のスプリングレートを低下させるために前記スプリング部材の一部を除去する工程を含むことを特徴とする請求項３０記載の方法。
32. 前記スプリング部材のスプリングレートを上昇させるために前記スプリング部材に素材を追加する工程を含むことを特徴とする請求項３０記載の方法。
33. 前記スプリング部材はリーフスプリング・アセンブリに相当し、前記スプリング部材の一部の除去は前記リーフスプリングの一側辺から前記リーフスプリングの一部を切断することによって実現されることを特徴とする請求項３１記載の方法。
34. 前記除去された部分の形状は切断部分の長さ方向に沿って前記スプリングの幅が徐々に小さくするように構成され、前記切断部において最大深さを有する部分は前記切断部分の中心点付近にあるように構成され、前記切断部分は前記リーフスプリングの両端からの等距離点付近に位置づけられることを特徴とする請求項３１記載の方法。
35. 前記除去された部分は切断部分に相当し、前記切断部分は前記切断部分の一端から他方端までの間において湾曲を形成するように構成されることを特徴とする請求項３４記載の方法。
36. スプリング部材は所定の角度を形成ように配置される２つのリーフスプリングからなる構成において、
    各リーフスプリングの一部分を除去する工程を含むことを特徴とする請求項３１記載の方法。
37. 前記器具は回転可能なワークピースを有する歯ブラシに相当することを特徴とする請求項３１記載の方法。
38. 前記切断工程は、所望のスプリングレートへの変更を実現するために前記切断の幅、前記切断の長さ、前記切断の曲率、及び前記リーフスプリングの長さ方向に対する前記切断の位置を制御する工程を含むことを特徴とする請求項３１記載の方法。
39. 前記部分は前記リーフスプリングのうちの少なくとも１つの内側部分から除去され、前記除去部分はフットボール形状を有することを特徴とする請求項３１記載の方法。

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