JP2007509669A

JP2007509669A - 歯ブラシ

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Publication number: JP2007509669A
Application number: JP2006537251A
Authority: JP
Inventors: クロス，デヴィッド，マリー; ストーンハウス，デヴィッド，リチャード; ウッド，ティモシー，マイケル
Original assignee: Glaxo Group Ltd
Current assignee: Glaxo Group Ltd
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2024-11-02
Also published as: US7696728B2; ES2379174T3; EP1680852A1; EP1680852B1; WO2005043709A1; ATE541351T1; US20070273331A1; JP4843495B2

Abstract

主電源に接続することなくコンデンサ(56)の再充電を可能にする、コンデンサ(56)を備える電源を内蔵する電動歯ブラシ(50)と、1個または複数の交換可能なまたは充電式の電池(61〜63)を内蔵する充電ユニット(60)との組合せ。
【選択図】図５

Description

本発明は歯ブラシに関し、特に電動歯ブラシに関する。

電動歯ブラシは周知の物品である。電動歯ブラシは、荒毛担体を支持する頭部を備え、その荒毛担体から一般に荒毛(本明細書で使用される用語「荒毛」は、プラスチック材料またはエラストマーの、べろ(flap)、細片(strip)、指状突起(finger)、薄板(lamella)など、他の歯清掃要素を包含する)が荒毛方向に延び、頭部は握り柄に連結されている(または交換可能な歯ブラシ中で握り柄に連結可能になっている)。荒毛担体は歯清掃動作において、荒毛を、例えば回転、振動回転、往復、振動、それらの組合せ、または他の方向に動かすように動作可能であり、この動作の際に小型電動機で駆動することができる。電動機は、一般には握り柄内に配置され、適切な変速機、伝動装置、または駆動系によって荒毛担体に連結されるが、電動機が頭部内または頭部と柄の間の頸部内に配置される電動歯ブラシが周知である。回転、振動回転、往復、振動、それらの組合せ、または他のタイプの運動を発生することができる電動機が周知である。

このような電動機は電源を必要とし、電源も通常柄の中に配置される。さらに、柄は、通常オンオフスイッチや速度制御などの適切な制御機構を含む。現在、電源には主要なタイプが2つある。1つのタイプは、柄の内部で交換できる1個または複数の交換可能な電池であり、一般に1個または2個の単3または単4の電池である。このような歯ブラシには多くの市販の例がある。このような交換可能な電池は、非充電式でも充電式でもよい。電動歯ブラシの使用者には、電池を交換するコストと不便さを嫌う人もいる。さらに、一般に使用される単3電池はとても重くかさばり、そのために、単3電池を含む柄のコンパクトさが制限される。

第2のタイプの電源は、主電源 (the electric mains）に接続された充電装置に歯ブラシを合体させることにより充電することができる、柄に内蔵の1個または複数の充電式電池である。このような歯ブラシには多くの市販の例がある。

このような電動機用の電源として、コンデンサを使用することも周知である。ドイツ特許出願公開第19513539号は、コンデンサを誘導(非接触)で充電する充電装置を備え、コンデンサを動力源とする歯ブラシを開示している。充電装置は主電源から電力供給される。特開平8-088942は、ドイツ特許出願公開第19513539号と同じ構成の、主電源で給電される充電装置親機を有する誘導充電の回路を開示している。特開2000-245072は、充電装置内のコンデンサを充電すると思われる、主電源で給電される充電装置親機を開示している。電気接触を介して、充電装置内のコンデンサから柄の中の別のコンデンサに、両コンデンサの電圧が等しくなるまで電気エネルギーが移転される。

歯ブラシ使用者は、通常、浴室(本明細書の用語「浴室」は、浴槽を含むかどうかにかかわらず、使用者が通常体を洗う任意の場所を意味する)で歯をみがくが、水と主電源に関連する危険のために、主電源に接続する必要のある装置を浴室で使用することは嫌われる。さらに、この理由のために、多くの浴室には適切な主電源ソケットが備わっていない。

本発明の一目的は、改善された電源を備える電動歯ブラシを提供することであり、とりわけ、より大きな利便性と改善されたコンパクトさおよび軽量性を提供することである。他の利点は以下の説明から明らかになるであろう。

したがって、本発明は、
荒毛担体を支持する頭部を備える電動歯ブラシであって、頭部が握り柄に連結されているかまたは連結可能であり、荒毛担体が、清掃効果を提供するために歯ブラシ中の電動機によって動作可能であり、前記歯ブラシが、充電式蓄電手段を備える電源を内蔵し、前記蓄電手段が、
1回の歯磨き作業用に電動機を駆動するのに十分な電荷を含むことができるコンデンサを備えるものであり、
1個または複数の交換可能なまたは充電式の電池を備える電源を内蔵する充電ユニットであって、歯ブラシ上の対応する接続点に接続可能であって充電式蓄電手段と充電装置の間の電気的接続を可能にする電気的接続手段を有し、この電気的接続手段に歯ブラシを接続することができる前記充電ユニットと組み合わされたものである、前記電動歯ブラシを提供する。

本発明は、最新の1個または複数の市販コンデンサが、電動歯ブラシで一般に使用されるタイプの電動機を利用期間中駆動するのに十分な電荷を含むことができ、この目的のために1個または複数の単3または単4サイズの電池を直接置き換えることができ、特に、このような(複数の)コンデンサは、1個または複数の交換可能なまたは充電式の電池、例えば充電装置内の1個または複数の単3または単4サイズの電池との接続によって、歯磨き作業用の十分な電力を急速に充電することができ、コンデンサの充電中、主電源 (the electricity mains）に充電装置を接続する必要がないという発見に基づくものである。

一般に、コンデンサは、少なくとも1分、好ましくは2分以上、例えば3分以上まで、すなわち適切な歯科衛生のための歯科医推奨歯磨き時間に従って、電動機を駆動するのに十分な電力を供給する必要がある。一般に、電動歯ブラシで通常使用される回転電動機は、推定効率50%で0.3Wの駆動軸電力定格を有する。したがって、コンデンサは、この期間に0.6Wの電力を供給できなければならない。一般に、このような電動機は1.5〜3ボルトの電圧源、すなわち1個または(並列または直列接続の)2個の単3または単4電池の通常の出力電圧で動作可能であり、コンデンサがこのような出力電圧を供給できなければならない。15〜50ファラド、好ましくは16〜22ファラドの容量のコンデンサは、1.5〜3V、一般に2.5±0.25Vの動作出力電圧を一般に有し、これらの要件を満足できることが分かっている。

このようなコンデンサは周知であり、当技術分野では「スーパーキャパシタ(Supercapacitor)」、「ウルトラキャパシタ(Ultracapacitor)」または「電気化学的電気二重層コンデンサ(EDLC)」と呼ばれることがある。これらのコンデンサは、標準的なアルミ電解コンデンサの約2000倍の体積容量を有する。これらのコンデンサは、電池の高エネルギー密度とコンデンサの高出力を兼ね備える。電解コンデンサでは低表面積の箔が使用されるのに対し、このようなコンデンサでは、一般に高表面積カーボンを電荷の蓄積に使用する。製造業者には、Panasonic、Elna、Epcos、およびCooper Technologiesがある。例えば、Cooper Technologies製のスーパーキャパシタには、活物質として高表面積と高導電率をもたらすエーロゲルカーボン(aerogel carbon)が使用されている。

コンデンサは、例えば電動機に直列または並列に接続して前述の電荷蓄積容量をもたらすために、例えば前述の容量の単一のコンデンサ、あるいは2個以上のコンデンサを備えることができる。

充電プロセス中主電源への接続なしに1個または複数の電池からコンデンサを充電する機能に加えて、電動歯ブラシ用にこのようなコンデンサを使用することの他の利点には、以下のことが含まれる。

通常の充電式電池が充電に数分または数時間必要であるのと比べて、このようなコンデンサは非常に急速に、例えば1分未満、あるものは30秒未満、さらには15秒未満で充電することができるものさえある。一般に、スーパーキャパシタは、悪影響や寿命低下なく1000回以上の充電サイクルを充電することができる。スーパーキャパシタは軽量(同等の乾電池より軽い)でもあり、体積も小さい。例えば、様々な容量のコンデンサは、下記のような代表的な外径および長さを有する。

スーパーキャパシタは、高出力と低損失充放電のために極めて低い内部抵抗を有する。

さらに、コンデンサはカドミウムや亜鉛などの望ましくない材料などを含まず、環境にやさしい。

コンデンサの特別の利点は、乾電池の代表的な形状である円筒状に作る必要がないということである。コンデンサは、通常閉じたループ状でなければならないが円筒状である必要はなく、実際に、例えば楕円または「U」字の断面形状、代表的な乾電池より太く短い円筒状、あるいは中空の外殻(例えば電動歯ブラシの他の要素を中に格納する筒)にすることができる。これは、コンデンサが歯ブラシの柄の形状を規定するのではなく、コンデンサを歯ブラシの柄の形状に適合させられることを意味する。

コンデンサを電源として使用することのさらに別の利点は、適切な使用時間が経過したとき、すなわち電荷が使い果たされたときに、歯ブラシが自動的に止まるようにできることである。これは、適切な歯磨き時間が経過したという使用者への合図にすることができ、標準的な乾電池式電動歯ブラシをスイッチオンのまま放置した場合に起こり得る不注意の電池切れを回避することができる。前述のようにコンデンサを使用して駆動される、歯ブラシの代表的な電動機は、例えば適切なブラシング速度(当技術分野で普通の速度)で約2分間動作可能であり、次に電動機音の顕著な変化を伴って減速し始める。

電動歯ブラシ用の電源として、前述のコンデンサのどれかを使用すること自体も斬新であると考えられる。

したがって、本発明は、さらなる一態様では、荒毛担体を支持する頭部を備える電動歯ブラシであって、頭部が握り柄に連結されているかまたは連結可能であり、清掃効果を提供するために歯ブラシ中の電動機によって荒毛担体が動作可能であり、1回の歯磨き作業のために電動機を駆動するのに十分な電荷を含むことができる１５〜５０ファラドの容量のコンデンサを備える電源を内蔵する電動歯ブラシを提供する。

好ましくは、コンデンサは16〜22ファラドの容量を有する。一般に、コンデンサは1.5〜3V、一般に2.5±0.25Vの動作出力電圧を有する。前述の蓄電容量を与えるために、歯ブラシは、電動機に直列または並列に接続された2個以上のコンデンサを内蔵することができる。

一実施形態では、充電ユニットは、歯ブラシが充電ユニットに接続されるときコンデンサに電圧V1を印加し、かつコンデンサに一時的に電圧V1より高い電圧V2を印加するように適合される。

このような充電ユニットが、コンデンサに電圧V1(電圧V1はコンデンサの充電入力電圧と等しいかより大きい)を印加すると、コンデンサは充電され、充電された状態を保つ。次いで、歯ブラシを使用するためにユニットから取り外す直前に、充電電圧が一時的にV2に増加される。充電電圧を一時的にV2に増加させる利点は以下の通りである。コンデンサを規定の標準充電電圧より高い入力電圧で充電することによって、充電済コンデンサは、低い電圧で充電された場合より大きな出力電力を供給するか、あるいはより長時間必要電力を供給することができる。しかし、コンデンサにこのような高電圧をある期間継続的に印加すると、コンデンサを損傷する恐れがある。したがって、本発明では、コンデンサは低い充電電圧V1によって充電されて充電状態を保つことができ、例えば使用直前にコンデンサにより高い「ブースト」電圧V2を短時間印加するだけで、損傷のリスクを低減しながら高電圧充電の利点を達成することができる。

ここで論じたタイプのコンデンサでは、適切なV1は2〜3ボルトであり、例えば、充電式NiCd電池2個を直列接続することによって供給される公称2.4ボルト、あるいは通常の交換可能な単3または単4電池2個を直列接続することによって供給される公称3ボルトである。適切なV2は3〜4ボルトであり、例えば、充電式NiCd電池2個を直列接続することによって供給される公称3.6ボルト、あるいは通常の交換可能な単3または単4電池3個を直列接続することによって供給される公称4.5ボルトである。このようなコンデンサは、充電状態を保つために常時このようなV1を印加し、また、使用直前の10秒以内、例えば5秒以内にこのような電圧V2を印加することができる。

したがって、適切には、充電ユニットは適切な数、例えば各々公称1.5V出力の乾電池、例えば単3または単4電池など交換可能な電池を2〜4個内蔵することができる。充電ユニットは、コンデンサを、第1の数の交換可能な電池に接続してV1を印加し、次いで、より大きな第2の数の交換可能な電池に接続してV2を印加するように構成することができる。一般に、このような充電ユニットは、このような乾電池を1個または複数、一般には3個内蔵する保持器を備えることができる。コンデンサの充電特性は、電源の電源インピーダンスに依存する。一般に、前述のようなコンデンサは、約3.0Vの電圧源すなわち普通の乾電池を2個直列接続したものに接続して電圧V1を印加することにより充電することができる。交換可能なアルカリ使い捨て電池は、このようなV1を印加することにより約20秒で22Fのコンデンサを充電することができ、コンデンサにこのような電圧V1を印加し続けておくと、コンデンサを充電状態に保つことができる。使用する直前に、約4.5Vすなわち普通の乾電池3個の電圧源に接続することにより、電圧V2を印加することができる。

あるいは、充電ユニットは、1個または複数の充電式電池を内蔵してもよい。充電式NiCd電池は、最も低い電源インピーダンスを示すので充電装置で好まれるが、交換するかまたは主電源から細流充電することができ、また、約10秒で22Fのコンデンサを再充電することができる。充電ユニットは、第1の数の充電式電池にコンデンサを接続してV1を印加し、次いで、より大きな第2の数の充電式電池にコンデンサを接続してV2を印加するように構成することができる。したがって、適切には、充電ユニットは、適切な数、例えば2〜4個の充電式NiCd電池(一般に各々公称出力1.2〜1.3V)およびこのような(複数の)電池を一般に知られているやり方で充電するための主電源への接続手段を内蔵してよい。例えばこのような充電ユニットは、浴室外の主電源に接続することによって(複数の)内蔵電池を充電し、次に主電源から切り離して、使用するために浴室へ移動し、(複数の)電池中の電荷が使い尽くされたときに再充電することができる。したがって、浴室内には主電源は必要ない。

一般に、このような、NiCd電池などの充電式電池は、各々公称約1.2〜1.3Vの電圧を供給することができる。したがって、前述のようなコンデンサは、約2.5Vの電圧源、例えば普通の充電式電池を2個直列接続したものに接続して電圧V1を印加することにより充電することができる。コンデンサにこのような電圧V1を印加しておくと、コンデンサを充電状態に保つことができる。使用する直前に、約3.6Vすなわち普通の充電式電池3個の電圧源に接続することにより、電圧V2を印加することができる。

充電ユニットは、十分な数のこのような電池、例えば2個直列接続したものをコンデンサに接続して約2.4〜3.2VのV1を印加し、次いで、より多く、例えばこの2個に第3の電池を加えたものを適切なスイッチングによってコンデンサに接続し、約3.6〜4.8VのV2を印加するように構成することができる。これらの供給電圧は新しい電池またはフル充電された電池についてのものである。

充電ユニットの回路または歯ブラシの回路は、前述の交換可能なまたは充電式の電池がV1を供給するとき電流を低減させてコンデンサをゆっくり充電するために、電池と直列に抵抗を含んでよい。

あるいは、提案されている欧州連合の廃電気/電子機器指令(WEEE Directive)など汚染防止の法令をやがて犯す恐れのある電池の使用を避けるために、充電ユニットは、充電電圧V1およびブースト電圧V2を主電源から得るために、主電源に接続するように構成してもよい。このような充電ユニットは、適切なV1およびV2の印加を可能にするために、適切なプラグ、接続リード線、変圧器を、スイッチングおよび回路などとともに備えてよい。

使用者が短時間だけ電圧V2を印加することができるように、一般に、充電ユニットは、偏倚した位置にある内蔵のスイッチを使用者が偏倚の反対方向に操作することにより電圧V2を印加し、次いで使用者がスイッチ操作をやめるときに、スイッチの偏倚によって電圧V2が解除され電圧V1が再度印加されるようにすることができる。

歯ブラシは、V2で充電されたまま既定の期間使用されない場合に、コンデンサをゆっくり放電させるための回路を含み、それによりコンデンサが損傷する危険を低減することができる。例えば、このような回路は、低電流でゆっくりとした放電を保証するために抵抗を備え、また、コンデンサの放電電圧が設定電圧、例えば前述のコンデンサの公称2.5V出力電圧より高い場合のみ放電が起こるように、ダイオード、例えばツェナーダイオードを備えてよい。

実際、このような放電回路は、コンデンサによって動力が供給される電動歯ブラシに内蔵されているとき、それ自体が斬新であると考えられる。したがって、本発明のさらなる一態様によれば、荒毛担体を支持する頭部を備える電動歯ブラシであって、頭部が握り柄に連結されているかまたは連結可能であり、歯ブラシが、荒毛担体を動作させて清掃効果を提供するための電動機と、歯磨き作業のために電動機を駆動するのに十分な電荷を含むことができるコンデンサを備える電源とを内蔵し、歯ブラシが、コンデンサが定められた電圧を超えて充電されたときに放電させる手段を備える、電動歯ブラシが提供される。このような回路は、好ましくは、コンデンサがその標準的な充電電圧を超えて充電されたまま使用されない場合に放電させる。

適切には、歯ブラシは、接続を実現するために充電ユニットに適切に合体させることができる。好ましくは、電気的接続手段は、充電作業中に生じる高電流充電パルスを供給するために低インピーダンス接点を備えるが、これには金属間接触が適している。例えば、歯ブラシは、充電ユニットと合体させたとき接続手段と接触する外部表面上の電気的充電接点を有してよい。好ましくは、このような歯ブラシ上の電気的充電接点は、充電済コンデンサの不慮の放電を防ぐために、遮蔽され、例えば凹設される。

歯ブラシは、使用するために充電ユニットから取り外されるとき、コンデンサから充電接点の1つまたは複数を切り離す手段を内蔵してよい。例えば、このような手段は、接点がコンデンサから切り離される状態に偏倚されるリードスイッチ、および、歯ブラシがユニットに接続されたとき接点がコンデンサから接続されるようにリードスイッチを駆動するための、充電ユニットに内蔵された磁石を備えてよい。

実際、このような手段は、充電接点を有する電動歯ブラシに内蔵されるとき、それ自体が斬新であると考えられる。したがって、本発明のさらなる一態様によれば、荒毛担体を支持する頭部を備える電動歯ブラシであって、頭部が握り柄に連結されているかまたは連結可能であり、歯ブラシが、荒毛担体を動作させて清掃効果を提供するための電動機を内蔵し、充電ユニットへの電源の接続を容易にするための充電接点を有する電源を内蔵し、歯ブラシが充電ユニットから取り外されたとき電源から充電接点の1つまたは複数を切り離すための手段を内蔵する電動歯ブラシが提供される。

1個または複数の交換可能な電池または充電式電池と接続することによって、歯磨き作業に十分な電力を急速に充電することができる他の急速充電式電荷蓄積デバイスも周知である。

したがって、本発明のさらなる一態様では、
荒毛担体を支持する頭部を備える電動歯ブラシであって、頭部が握り柄に連結されているかまたは連結可能であり、荒毛担体が、清掃効果を提供するために歯ブラシ中の電動機によって動作可能であり、歯ブラシが、1回の歯磨き作業の間電動機を駆動するのに十分な電荷を5分以内の充電期間で充電することができる充電式蓄電手段を備える電源を内蔵する前記電動歯ブラシであって、
1個または複数の交換可能なまたは充電式の電池を備える電源を内蔵する充電ユニットであって、歯ブラシ上の対応する接続点に接続可能であって充電式蓄電手段と充電装置の間の電気的接続を可能にする電気的接続手段を有し、この電気的接続手段に歯ブラシを接続することができる前記充電ユニットと組み合わされたものである、前記電動歯ブラシが提供される。

このような充電式蓄電手段は、好ましくは小型軽量に作製され、コンパクトで急速に充電できる電動歯ブラシを可能にする。

好ましくは、このような充電式蓄電手段は、3分以内、より好ましくは2分以内、最も好ましくは1分以内の充電期間で1回の歯磨き作業の間電動機を駆動するのに十分な電荷を充電することができる。

市販の充電式電池には、1個または複数の他の電池から、前述の代表的な歯磨き作業の間前述のタイプの電動機を動かすのに十分な電気を前述の充電期間中に充電することができ、充電式蓄電手段として使用できるものがあることが分かっている。このような充電式電池は、定電流/定電圧特性を利用して速やかに充電することができる。充電式NiCd電池は最も低い内部抵抗を有し、電池容量の3倍に等しい高電流で充電することができる。1回の歯磨き作業のために一連のNiCd電池を再充電するための充電時間を以下にいくつか列挙する。

したがって、充電式蓄電手段は1個または複数の充電式NiCd電池を備えてよく、これは上に示すように1個または複数の電池に接続することによって急速に充電することができる。このようなNiCd電池2個以上を直列または並列に接続してよい。NiCd電池には環境上の処分問題があるため、コンデンサがNiCd電池より好ましい。

本発明の歯ブラシのコンデンサおよび充電式蓄電手段は、最初に充電し、その後、接続可能な充電ユニットと接続することによって再充電するのが好都合である。

このようなコンデンサを使用することによって、一般に1〜4個の乾電池を内蔵する充電装置に接続することにより1回または複数回の歯磨き作業で稼動するのに十分な電力をもつ充電可能な電動歯ブラシを作製することができる。前述のタイプのコンデンサは、約3個の交換可能または充電式(例えばNiCd)乾電池から、約10〜20秒で少なくとも1回(例えば最適化された効率的な電動機や駆動系などを用いれば2回以上のこともある)の歯磨き作業に十分な電力を再充電することができる。

充電ユニットは、各々公称1.5V出力の乾電池(例えば単3または単4電池などの家庭用電池)を1〜4個内蔵してよい。一般に、このような充電ユニットは、このような乾電池を1個または複数、一般には3個内蔵する保持器を備えることができる。コンデンサの充電特性は、電源の電源インピーダンスに依存するが、一般に前述のようなコンデンサは、使用する直前に3.6V、すなわち普通の乾電池3個(すなわち公称4.5V)の電圧源に接続することによって充電することができる。このような乾電池はそれ自体、交換可能であるが、非充電式のものでも、充電式のものでもよい。

交換可能な使い捨てアルカリ電池は、約20秒で22Fのコンデンサを再充電することができる。

充電ユニットは、1個または複数の充電式電池を内蔵することができる。充電式NiCd電池は、最も低い電源インピーダンスを示すので充電装置で好まれるが、交換するかまたは主電源から細流充電することができ、また、約10秒で22Fのコンデンサを再充電することができる。したがって、充電ユニットは、1個または複数(一般に3個)のこのような電池と、このような(複数の)電池を一般に知られているやり方で充電するために主電源に接続する手段を内蔵することができる。例えばこのような充電ユニットは、浴室外の主電源に接続することによって(複数の)内蔵電池を充電し、次に主電源から切り離して、使用するために浴室へ移動し、(複数の)電池中の電荷が使い尽くされたとき再充電することができる。電動歯ブラシが1日に2回普通の歯磨き作業に使用される場合、1か月以上、3か月以上の期間さえ、繰り返しこのようなコンデンサを充電するのに約3個の単3電池で十分であることが分かっている。

前述のような歯ブラシに提供される充電ユニットは、本発明のさらなる一態様を備える。

適切には、歯ブラシは、このような接続を実現するために前記ユニットに適切に合体させることができる。好ましくは、電気的接続手段は、充電作業中に生じる高電流充電パルスを供給するために低インピーダンス接点を備えるが、これには金属間接触が適している。例えば、歯ブラシは、充電ユニットと合体するとき接続手段と接触する外部表面上の電気的接点を有してよい。好ましくは、このような歯ブラシ上の電気的接点は、短絡導体との接触による充電済コンデンサの不慮の放電を防ぐために、遮蔽され、例えば凹設される。

前述のような歯ブラシ用に提供されるこのような充電ユニットは、本発明のさらなる一態様を構成する。

その他の点では、歯ブラシとその握り柄の頭部、荒毛担体、柄の全体構造、電動機、例えばオンオフスイッチなど制御部は、従来通りでよい。

いくつかの適切な電動歯ブラシの電動機を以下に列挙する。

一般に、回転または振動回転の動作をする歯ブラシ頭部は、使用中に200〜700gの負荷を受け、また、列挙した回転電動機は、本発明のコンデンサ電源または充電式蓄電手段を使用して駆動できることが分かっており、三洋製TG-1001は、代表的な電動歯ブラシの駆動系に動力を供給することができる特に低価格でコンパクトな電動機である。

通常、電動歯ブラシは1個または複数の単3または単4電池とともに使用に供されるが、この電池に代わる簡単な代替方法では、電動機にコンデンサを直接接続できることが分かっている。しかし、用途によっては、例えばオン「チップ」の周知の電力管理回路、例えば電圧調整器または電流制限器を使用して、コンデンサから電動機への電力の流れを制御し、それによってコンデンサが放電するときに一定速度を維持するのが有利なことがある。適切な回路は、当業者には明らかである。すなわち、例えば前述のドイツ特許出願公開第19513539号、特開平8-088942および特開2000-245072に開示されている。しかし、このような回路なしでも、前述のタイプのコンデンサを使用する場合、例えば電動機に直接コンデンサを接続し、コンデンサと電動機の間に任意選択でオンオフスイッチまたは回路遮断器を入れるだけで、歯ブラシが有効に機能できることが分かっている。

電動機は、従来のどんな伝動手段によって荒毛担体に連結することもでき、電動式歯ブラシの従来のどんな動作を荒毛担体にさせることもできる。このような伝動手段は回転または振動回転で荒毛担体を動作させることができ、多くの伝動手段がこれを行うことが周知である。あるいは、伝動手段は、荒毛担体にいわゆる「バス(Bass)」運動をさせることができる。この後者の運動では、荒毛担体が往復運動軸に沿って往復運動し、同時に往復運動軸を回転軸として振動回転する。このようなバス運動を実現するための適切な伝動手段は、例えば国際公開WO 96/09019号および米国特許第3,577,579号に開示されている。

ここで、単なる例として、添付図面を参照して本発明を説明する。

図1を参照すると、22Fのコンデンサ、すなわちCooper PowerStor製 22F/3.6Vの、固定した電力(一定な0.7W負荷)での放電特性、電圧、電流、および電力の経時変化が示されている。このコンデンサのサイズは、外径16mm x 長さ35mmであった。

図2を参照すると、15Fのコンデンサ、すなわちCooper PowerStor製 15F/3.6Vの、固定した電力(一定な0.7W負荷)での放電特性、電圧、電流、および電力の経時変化が示されている。このコンデンサのサイズは、外径16mm x 長さ25mmであり、すなわち単3電池の長さの60%であった。

どちらの場合も、コンデンサは最初3.6Vに充電されていた。周知の定電圧回路を使用し、推定効率は85%であった。

図1および図2の両方で、通常の歯磨き作業に相当する少なくとも100秒間にわたって一定の電力が供給されることが分かる。

実験では、代表的な市販のDr BEST(GlaxoSmithKline Consumer Healthcare GmbH & Co. KG製)電動歯ブラシを採用した。これは、通常、単3電池、例えば「Energizer(商標)」電池を2本直列接続したものによって動力が供給される。これらが回転電動機に動力を供給し、その結果回転電動機が頭部内の振動回転する荒毛担体を駆動した。2個の電池を取り外してCooper PowerStor製Aerogel 33F/3.6Vコンデンサと入れ替え、歯ブラシの電池室の接点にコンデンサの接続点を接続したが、他の変更は何も加えなかった。

歯ブラシのスイッチを切って、直列接続された3本の単3電池(すなわち公称約4.5Vの出力)にコンデンサの接続点を20秒間接続した。コンデンサから単3電池を切り離し、歯ブラシのスイッチを入れた。

充電済コンデンサで動力を供給された歯ブラシは、以前に、当初付属していた単3電池2個を直列接続したものによって動力供給されたときに達成された速度およびトルクと、少なくとも2分間、同等の速度で動作し同等のトルクを出力することが分かった。

図3を参照すると、電動歯ブラシ10および充電ユニット20の代表的な構造が示されている。

電動歯ブラシ10は、交換可能な電池で電力を供給される代表的市販品であるAQUAFRESH POWERCLEANなどの電動歯ブラシに基づくものである。歯ブラシ10は、周知のやり方で振動回転運動するように取り付けられた荒毛担体12を支持する頭部11を備える。頭部は、終端14で握り柄15に交換式に連結可能な管状の頸部13に一体成形されている。頸部13は駆動軸16を取り囲んでいる。頸部13が柄15に連結されると、駆動軸16が回転電動機18の出力軸17に連結されて、3ボルト電源によって駆動される代表的な0.6W出力電動機18が軸16を直接駆動できるようになる。通常歯ブラシに動力を供給する交換可能な単3電池2個の代わりに、PowerStor製33Fコンデンサ19があり、これは柄15内の電池室に容易に収まることが分かっている。コンデンサ19の接続点110は、電池室の正および負の端子接続点(図示せず)に接続され、その結果、オンオフスイッチ111を介して電動機18に接続された。接続点110も、コネクタ112によって、柄15の終端内に固定されたジャックソケット113の金属充電接点に並列接続されている。

コンデンサ19を充電するには、コンデンサ19から電動機18を切り離すためにオンオフスイッチ110を「オフ」構成にして、充電ユニット20に柄15を合体させる。ユニット20は、柄15の終端を受けるための凹部22を有するプラスチック材料の筐体21を備える。凹部22内には対応するジャックプラグ23があり、柄15が凹部22内にはまったときにソケット113の接点と電気的に接触する。充電ユニット20にコンデンサ19の接続点110を接続するために、他のタイプのコネクタ、例えば柄15側面の金属接点を使用してもよい。

ユニット20は、ジャックプラグ23の接点に直列接続されている3個の直列接続単3電池24、例えば「Duracel」単3電池を格納する。筐体21は、電池24を取り付けたり交換したりするために開くことができる。

柄15がこのように合体されたとき、コンデンサは、プラグ23とソケット113の接続点を介して、少なくとも2分間電動機18を稼動させるのに十分な電荷を約20秒で受け取る。コンデンサ19が充電された後、柄は凹部22から取り外され、歯ブラシ10を使用することができるように、荒毛担体12を駆動するためにコンデンサ19に電動機18を接続するようにオンオフスイッチ110が操作可能になる。使用後はオンオフスイッチ111がオフ設定に戻され(あるいは、適切な期間経過後、またはコンデンサ19からの電力出力が既定レベル未満に落ちたときに、電動機のスイッチを切る自動手段を設けてもよい)、プラグ113とソケット112が接続されて次の使用のためにコンデンサが再充電されるように、歯ブラシ10がユニット20に戻される。

ユニット20は、電池24のレベル表示器またはフル充電であることを示す表示器など、補助の電気的機構25を含んでもよい。あるいは、歯ブラシ10がこのような機構(図示せず)を内蔵してもよい。

別の構造では、3個の電池24を3個または他の数のNiCd電池などの充電式電池で置き換えてよく、その場合、ユニット20は、ユニットを適切な変圧器(図示せず)および適切な従来型回路(図示せず)を介して主電源に接続し、それによって充電式電池24を充電できるようにするために、一般に周知のタイプの充電システム(図示せず)を内蔵してもよい。このような構造では、充電式電池24は、浴室外の都合の良い主電源ソケットで充電することができ、充電完了時(例えば表示器25で表示されるとき)に、ユニット20を主電源から切り離して浴室に戻すことができる。この状態では、ユニット20が偶然に濡れるかまたは浴槽の水中に落ちたとしても、使用者にとって危険はない。

別の構造では、オンオフスイッチ110を省略し、柄が凹部22に合体しているときに、対応する電気接点、例えば柄15内のソケット113とユニット20内のプラグ23を例えばスプリングバイアスによって離しておくことができる。凹部22内に柄15がある状態で、例えばスプリングバイアスに抗してこれらの接点を接触させるために、柄15を動かすことができる。これによって、電池24がコンデンサ19を充電するが、コンデンサ19は、同時に電動機18に電力を供給し始め、電動機18が動き始める。しかし、コンデンサ19は電動機18による電力消費に比べて非常に速く充電されるので、コンデンサ19の充電はそれでも数秒(例えば30秒未満)で行われる。次いで、歯ブラシ10はユニット20から取り外して使用することができ、コンデンサ19中の電荷が電動機18を動かすのに不十分なレベルまで電動機18によって消費されたときに電動機18は自動的に止まる。次いで、歯ブラシ10の頭部11を、蛇口の下で洗ってユニット20に戻すことができる。

図4を参照すると、コンデンサによって駆動される電動歯ブラシ頭部の電荷消費特性が示されている。三洋製「マイクロモーター」TG 1001がMaxon製4:1減速器に連結され、この減速器の出力軸が、市販の「AQUAFRESH」(商標)電動歯ブラシの市販の交換可能な往復回転式ブラシ頭部の駆動軸に直接接続された。電動機は20Fのスーパーキャパシタに直接接続した。3本のグラフは、コンデンサを3.6Vで初期充電し、続いて無負荷で動作させたもの、ブラシ頭部に200gの負荷をかけて動作させたもの、ならびにコンデンサを3.0Vで初期充電し、次いで200gの負荷をかけて動作させたものの電荷消費特性を示している。コンデンサを3.6Vで充電すると、電動機は、3.0Vで充電した場合より長時間、目標の3500rpmを上回る速度で回転ブラシ頭部を動作させられることが分かっている。負荷は、頭部の荒毛チップを表面に対して200gの圧力で押しつけることと定義される。

図5を参照すると、歯ブラシ50の回路全体が概略的に示されている。三洋製TG-1001電動機51は、Maxon製4:1減速器52によって市販のAquafreshの交換式電動歯ブラシ頭部53に連結されるが、バスタイプの運動をする頭部53も同様にうまく使用することができた。電動機51は、手動のオンオフスイッチ54および2路リードスイッチ55を介してCooper製20Fコンデンサ56に接続されている。コンデンサ56の1つの端子57は充電接点58に接続されている。もう1つの端子59はリードスイッチ55を介して充電接点510に接続されている。リードスイッチ55は、通常、実線で示される位置に偏倚しており、スイッチ54を介して電動機51にコンデンサ56を接続する。

充電ユニット60全体の回路も示されている。ユニット60は、各々が新たにフル充電されたとき出力電圧が一般に1.2Vである、3個の充電式NiCd電池61、62、63を含んでいる。これらの電池のうち直列接続されている61と62の2個は、偏倚した位置にある二路スイッチ64を介して充電接点65、66に接続されている。スイッチ64は偏倚しており、したがって2個の電池61、62が接点65、66に常時接続され、接点65、66に約2.4VのV1が印加されるようになっている。スイッチ64は、使用者によって、例えば押しボタン(図示せず)で一時的に破線で示す位置にされ、3個の電池61、62、63をすべて接点65、66に接続して、接点65、66に3.6VのV2を印加する。この構成では、歯ブラシ50を充電ユニット60に連結し、それによって、接点58、510と65、66を接続することができる。充電ユニット60内に磁石67が配置されており、例えば歯ブラシをユニット60の近傍、例えばユニット60のソケット取付台の中にもってくることにより、歯ブラシ50がユニット60に連結されたとき、磁石67によって、リードスイッチ55は点線で示す設定になってコンデンサ56に接点58、510を接続し、それによって、接点65、66を介して電池61、62にコンデンサ56を接続する。

それによって、コンデンサ56が充電され、コンデンサ56はユニット60に接続されている間充電状態を保つ。使用する直前に、使用者は例えば5秒間、偏倚の反対方向にスイッチ64を操作して、コンデンサ56に約3.6Vを印加する。この後、使用者は操作ボタン(図示せず)にかかる圧力を解除し、スイッチ64を、閉じた線で示す通常の偏倚した位置に戻してよい。次いで、ユニット60から歯ブラシ50を切り離すことができる。この動作は、スイッチ55が破線で示す偏倚した位置へ動いてオンオフスイッチ54を介して電動機51にコンデンサ56を接続するように、リードスイッチ55の近傍から磁石67を取り去る。オンオフスイッチ54を閉じると、電動機51にコンデンサ56が接続されて歯ブラシ頭部53が動作する。

回路の他の特徴が示されている。抵抗68は、電池61、62がコンデンサ16をゆっくり充電するように、電池61、62からコンデンサ16への電流を制限し、ダイオード69は電流が逆流しないように保護する。610に「コンデンサ充電済」／「電池健全」表示器が設けられ、公称3.5V定格のツェナーダイオード、LED、およびLEDの過電流を防ぐための安定抵抗を備える。ブーストモードのとき、すなわち高い電圧がコンデンサ56に印加されるとき、コンデンサ56が充電されるにつれて電圧が下がることになる。電圧が3.5Vに上昇し、ブラシの使用準備が整うと、ツェナーダイオードに電流が流れて、使用準備が整ったことを示すLEDが点灯することになる。ツェナーダイオード612と直列に接続された抵抗611は、コンデンサ56が約3Vより高い電圧で充電されている場合は、コンデンサ56をゆっくり充電し、また、コンデンサ56が電池61、62、63への接続によって3Vより高い電圧で充電され、この充電状態で前述のように使用されないままである場合は、コンデンサ56を放電させるように設定されている。

電池61、62、63を使用し、適切なスイッチングによって電圧V1およびV2を印加することを説明したが、もう1つの選択肢として、どのようにしてユニット60を主電源に接続し、V1およびV2を例えば変圧器および適切なスイッチングによって生成できるようにユニット60を構成することができるかは当業者には明らかであろう。

どのようにして図示のユニット60に、主電源から電池61、62、63を充電する手段を設けることができるかも当業者には明らかであろう。

ここで示した抵抗68、610および611は、100オームの公称低抗値を有するが、20〜1000オームの範囲でよい。

2個のコンデンサの放電特性を示すグラフである。 2個のコンデンサの放電特性を示すグラフである。本発明の電動歯ブラシを示す概略図である。コンデンサによって駆動される電動機の特性を示すグラフである。本発明の電動歯ブラシの電気回路を示す概略図である。

Claims

荒毛担体を支持する頭部を備える電動歯ブラシであって、前記頭部が握り柄に連結されているかまたは連結可能であり、前記荒毛担体が、清掃効果を提供するために前記歯ブラシ中の電動機によって動作可能であり、前記歯ブラシが、歯磨き作業のために前記電動機を駆動するのに十分な電荷を含むことができるコンデンサを備える電源を内蔵する前記電動歯ブラシであって、
1個または複数の交換可能なまたは充電式の電池を備える電源を内蔵する充電ユニットであって、前記歯ブラシ上の対応する接続点に接続可能であって前記コンデンサと前記充電装置の間の電気的接続を可能にする電気的接続手段を有し、この電気的接続手段に前記歯ブラシを接続することができる前記充電ユニットと組み合わされたものである、前記電動歯ブラシ。
前記コンデンサが、2分以上の歯磨き作業の間、前記電動機を駆動するのに十分な電力を供給する、請求項1に記載の組合せ。
前記コンデンサが、前記歯磨き作業のために0.6Wの電力を供給することができる、請求項1または2に記載の組合せ。
前記コンデンサが15〜50ファラドの容量を有する、請求項1、2または3に記載の組合せ。
前記コンデンサが16〜22ファラドの容量を有する、請求項4に記載の組合せ。
前記コンデンサが1.5〜3ボルトの動作出力電圧を有する、請求項3、4または5に記載の組合せ。
前記コンデンサが電気化学的電気二重層コンデンサである、請求項1から6のいずれか一項に記載の組合せ。
前記歯ブラシが単一のコンデンサを備える電源を内蔵する、請求項1から7のいずれか一項に記載の組合せ。
前記充電ユニットが、前記ユニットに前記歯ブラシが接続されたとき前記コンデンサに電圧V1を印加するように適合され、かつ電圧V1より高い電圧V2を一時的に前記コンデンサに印加することができる、請求項1から8のいずれか一項に記載の組合せ。
電圧V1が、前記コンデンサの前記充電入力電圧以上である、請求項9に記載の組合せ。
前記コンデンサを、電圧V1で充電し、充電状態を保つことができる、請求項9または10に記載の組合せ。
V1が2〜3ボルトである、請求項9から11のいずれか一項に記載の組合せ。
V2が3〜4ボルトである、請求項9から12のいずれか一項に記載の組合せ。
電圧V2を10秒以内の期間印加できるように適合される、請求項9から13のいずれか一項に記載の組合せ。
前記充電ユニットが、前記コンデンサを、第1の数の交換可能な電池に接続してV1を印加し、次いで、より大きな第2の数の交換可能な電池に接続してV2を印加するように構成される、請求項9から14のいずれか一項に記載の組合せ。
前記充電ユニットまたは歯ブラシが、前記交換可能なまたは充電式の電池がV1を供給するときに前記電池と直列に抵抗を含む、請求項9から15のいずれか一項に記載の組合せ。
前記充電ユニットが、充電電圧V1およびブースト電圧V2を主電源から得るために主電源に接続されるように構成される、請求項9から14のいずれか一項に記載の組合せ。
前記充電ユニットが、偏倚した位置にあるスイッチを内蔵し、これを使用者が偏倚の反対方向に操作して前記電圧V2を印加し、次いで前記使用者が前記スイッチの操作をやめるときに前記偏倚によって前記電圧V2が解除される、請求項9から17のいずれか一項に記載の組合せ。
前記歯ブラシが、前記コンデンサがV2で充電されたまま使用されないときに放電させるための回路を含む、請求項9から18のいずれか一項に記載の組合せ。
荒毛担体を支持する頭部を備える電動歯ブラシであって、前記頭部が握り柄に連結されているかまたは連結可能であり、前記荒毛担体が、清掃効果を提供するために前記歯ブラシ中の電動機によって動作可能であり、前記歯ブラシが、5分以内の充電期間中に1回の歯磨き作業に前記電動機を駆動するのに十分な電荷を充電することができる充電式蓄電手段を備える電源を内蔵する前記電動歯ブラシであって、
1個または複数の交換可能なまたは充電式の電池を備える電源を内蔵する充電ユニットであって、前記歯ブラシ上の対応する接続点に接続可能であって前記充電式蓄電手段と前記充電装置の間の電気的接続を可能にする電気的接続手段を有し、この電気的接続手段に前記歯ブラシを接続することができる前記充電ユニットと組み合わされたものである、前記電動歯ブラシ。
前記充電式蓄電手段が1個または複数の充電式NiCd電池を備える、請求項20に記載の組合せ。
前記電動機が伝動手段によって前記荒毛担体に連結され、この伝動手段によって、前記荒毛担体が往復運動軸に沿って往復運動し、同時に前記往復運動軸を回転軸として振動回転する、請求項1から21のいずれか一項に記載の組合せ。
請求項1から22のいずれか一項に記載の組合せ用の充電ユニット。
荒毛担体を支持する頭部を備える電動歯ブラシであって、前記頭部が、握り柄に連結されているかまたは連結可能であり、前記荒毛担体が、清掃効果を提供するために前記歯ブラシ中の電動機によって動作可能であり、歯磨き作業のために前記電動機を駆動するのに十分な電荷を含むことができる15〜50ファラドの容量のコンデンサを備える電源を内蔵する電動歯ブラシ。
前記電動機が伝動手段によって前記荒毛担体に連結され、この伝動手段によって、前記荒毛担体が往復運動軸に沿って往復運動し、同時に前記往復運動軸を回転軸として振動回転する、請求項24に記載の歯ブラシ。