JP4405911B2 - 電動歯ブラシの上部搭載内部アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は一般に電動歯ブラシなどの小型装置の内部アセンブリに関し、特にまず第1に電動歯ブラシのハンドル部に対して駆動アセンブリと被駆動部材との位置合わせを行い、駆動アセンブリと被駆動部材とを適正に配置可能にするための接合要素に関し、また第２にこのような駆動アセンブリの巻線部において適用されるボビン部材に関する。

電動歯ブラシなどの小型装置を製造する際は、ワークピース（歯ブラシヘッド）が取り付けられるピボット・アームなどの被駆動部材に対して装置の駆動アセンブリ部が物理的に精密配置されることが重要である。従来では一般に、装置の内部部品をいくつか搭載したキャリアが組み立てられ、このキャリアが典型的にはハンドルハウジングの底側端部（近位端部）からそのハンドルハウジング内に取り付けられ、その上にはカバーが設置される。被駆動部材はこのハンドルハウジングの他方の端部（遠位端部）側に取り付けられる。このような構成では駆動アセンブリと被駆動部材との接合点が駆動アセンブリの取り付け地点からみてハンドルハウジングの反対側端部に位置することとなるため、駆動アセンブリを被駆動部材に精密に配置することは困難である。

よって駆動アセンブリと被駆動部材との間の横動作あるいは回転動作によって配置のズレなどが容易に生じうる。なお、駆動アセンブリと被駆動部材との接合点は典型的にはハウジングの一部であるため、このハウジングは装置の正確な動作を実現するための重要な構成要素となる。多くの場合は駆動アセンブリを接合するためにスプリングなどの部品が適用されるが、このような手段により装置のコスト、サイズ及び複雑さは増す。またこの底部搭載方式ではハウジングの上部よりも底部を大きくする必要がある。このような構成は美的観点又は人間工学的観点から望ましくない。

また、本発明の一態様によると、駆動アセンブリは中央コア巻線を有する電磁石を含むことができる。ボビンと呼ばれる巻線を保持するこのコア部材はその一端では巻線及び電池への電気ピン接続／端子を含む、電磁石によって構成されるフレームに固定され、またこの他方の端は、装置のハンドル部分に接合しているマウント／接合要素に固定されるか、あるいはこの一部を構成する。なお、このマウント／接合要素には装置のヘッド部が固定される。

このマウント要素及びボビンにおけるこのマウント要素に固定される部分は装置の動作環境にさらされた状態となる。例えば電動歯ブラシの場合これらの部分は歯磨剤や水などにさらされることとなる。したがってマウント要素に固定されるこのボビン部分は、装置の動作環境との接触に耐久可能な材料（例えば電動歯ブラシの場合は歯磨剤や水に対する耐久性を有する材料）から形成される必要があると共に消費者に好印象を与えるために着色されうるなどの特性を有することが求められる。

ボビンにおけるフレームに固定されるかあるいはこの一部を構成する部分は、コア巻線からのワイヤ端子をピン接続に半田付けする際に生じる温度上昇に耐えうるように耐熱性を有する必要がある。なお、このピン接続は電池ともワイヤ接続されている。このボビン部分は更にコイル巻き処理に耐久するために高強度を有する必要がある。

しかし上記のような機能や特性を１つの材料によって実現することは不可能である。したがって、特に電動歯ブラシなどにおける巻線ボビンの構成にはこのボビン自体及び／又はこれと駆動アセンブリにおける他の部分との連係において設計上の妥協が余儀なくされていた。更にボビンを単一体とする場合には、複雑で高価な製造手段が必要となる。

したがって本発明は上記要件を満たすことのできるようなボビン・アセンブリを実現することを課題とする。

本発明における第１態様は、小型電動装置における駆動アセンブリに係り、その駆動アセンブリは、遠位端部分を備え且つ作動中には被駆動部材アセンブリを所定の動作で動かす駆動部材と、この駆動部材の作動に応じて動くワークピースを遠位端に具備する被駆動部材アセンブリと、複数の接合部分を有する接合位置合わせ要素とを有し、第１接合部分における所定の位置には前記駆動部材の遠位端部分が固定接続され、且つ、前記被駆動部材アセンブリは前記接合要素の第２接合部分で前記接合要素と固定結合関係を有するように設置され、前記駆動部材と前記被駆動部材アセンブリと間の適確な固定配置を実現できるようにする。

本発明における第２態様は、電動装置に適用される駆動アセンブリにおける電気コイル部分のためのボビン・アセンブリであって、このボビン・アセンブリは、駆動アセンブリのベース部に係合され、このベース部に設けられる端子ピンにコイルワイヤを接続する際に発生する熱に耐えるのに十分な耐熱性を有し且つコイルがその周りに巻きつけられる際に発生する力に耐えるのに十分な強度を有する材料から形成される第１部分と、第１部分に対向し、電動装置の動作環境にさらされる同電動装置の部分に係合され、この動作環境との接触に対する耐久性を有する材料から形成されるような第２部分と、これら第１部分と前記第２部分とを結合させるためにこれら２つの部分にそれぞれに設けられる接続要素とを有する。

図１は特に電動歯ブラシなどに相当しうる小型装置１０を分解された状態で示す。この装置１０は主にハンドル部１２から構成される。このハンドル部１２は一端において接合位置合わせ要素１６を具備する内部駆動アセンブリ１４、及びこのハンドル部１２のハウジング１８を含む。この接合要素１６はハウジング１８の上端部に物理的に固定される。なお、この構成の詳細については後述する。

また、装置１０は更にヘッド・アセンブリ２０を含む。ここで図示される実施例ではこのヘッド・アセンブリ２０はワークピース・アセンブリ２１を含み、このアセンブリ２１は更に被駆動部材２２を含む。この被駆動部材２２はブラシヘッド・アーム２５に接合され、このアーム２５の遠位端２４にはブラシヘッド２３が取り付けられる。このヘッド・アセンブリ２０は以下に挙げられる方法などによって接合要素１６に固定接続される。この例では、ヘッド・アセンブリ２０と接合要素１６とはナット２６によってネジ接続される。しかし接続手段としてはこれ以外にもクランプや別個の接続要素などを適用することも可能である。

内部駆動アセンブリ１４は、より詳細には電池３４を保持するキャリア要素３２及び
歯ブラシ装置の電子駆動回路を保持するＰＣＢ板３６を有する。また、キャリア３２の遠位端３８からは駆動部材４０が延びる。この駆動部材４０は例えばＥコア・スタック４２を含むＥコア電磁石であってよく、これは中央コイル巻線４４を有する。Ｅコア・スタック４２は、キャリア３２に取り付けられ且つキャリア３２から延びる電磁石フレーム４３から延びる。巻線４４は駆動部材４０のボビン要素４５に巻きつけられる。ボビン要素４５の遠位端は接合要素１６の近位端面４６に固定接続されるかあるいはこの一部を構成する。一方でこのボビン要素４５の近位端は電磁石フレーム４３に固定接続されるかあるいはこの一部を構成する。またＥコア・スタック４２の自由端もこの接合要素１６の近位端面４６に固定接続される。なお、装置の製造過程においてこの内部駆動アセンブリ１４全体が接合要素１６に取り付けられる。この時点でこの駆動アセンブリ１４の試験運転を実施してこれが適正に機能することを確認することができる。

接合要素１６の外周の下部領域には複数の位置合わせ要素４８が設けられる。これらの要素４８は例えばハウジング１８の先端部分の内側表面に設けられる対応スロット４９に係合される細長い突起などであってよい。なお、装置の製造過程においてこのオープントップ・ハウジング１８はキャリア３２を含む完成された内部駆動アセンブリ１４を覆うように取り付けられ、接合要素１６の位置合わせ要素４８をハウジング１８の内部表面における対応スロット４９に係合させることによってこの接合要素１６に固定接続される。

これによって接合要素１６とハンドルハウジング１８との物理的な固定関係が実現されうる。すなわち接合要素１６とこれに接合される駆動部材４０とが、既知の物理的関係で、ハウジング１８に対して位置合わせされる。したがってこのハウジング１８を直接、接合要素１６に接合させ、且つ、この接合要素１６に対する駆動部材４０及び被駆動部材２２の直接的な配置関係を維持することが可能である。これは本発明における重要な構成であり、具体的には駆動部材４０及びハウジング１８に対する接合要素１６の正確な物理的位置決めを実現する。

なお、図示される実施例では、この配置関係を実現させ且つ維持するために突起という形を取る個々の位置合わせ要素４８が適用されるが、これ以外にも例えばクランプ及び／又はネジ接続などの構成手段を適用することも可能である。但し、位置合わせ要素４８及びこれに対応するスロット４９を適用することで信頼性が高く効果的な接続が実現されうることが実証されている。

接合要素１６の上部領域は空洞になっていてこの内部５１はコップ形状を有するように構成される。接合要素１６の外周の上部にはネジ部分５０が形成され、これにはナット２６の内部表面上に形成される対応ネジ部分５６が係合されるように構成される。図示される本発明の一実施例によるワークピース・アセンブリ２１は、遠位端２４にブラシヘッド２３を具備する可動のブラシヘッド・アーム２５を有する。このブラシヘッド・アーム２５は被駆動部材２２によって動かされる。被駆動部材２２の近位端には永久磁石６０が設けられ、これらの永久磁石６０はハンドル部１２における電磁駆動部材４０と連動して被駆動部材２２の後部の往復動作を発生させる。図示される実施例では、これは若干の弧を描く左右往復運動に相当する。なお、ブラシヘッド２３の動きは、ワークピース・アセンブリ２１における他の部材の構成によって異なる。というのはこのワークピース・アセンブリは例えば動作変換要素などを具備することができ、これによって例えば図１Ａに示される装置の場合のような弧を描く左右往復動作から回転運動に駆動動作を変換できる。しかしこのような構成は本発明にとって必須の構成要素には該当しない。

ワークピース・アセンブリ２１は更にマウント部材６１を含み、これは接合要素１６の上部領域の内側表面（コップ形状の内部５１）に設けられる対応スロット６３に係合される位置合わせ要素６２−６２を具備する。このようにして永久磁石６０を含む被駆動部材２２は接合要素１６に対する固定接続関係を実現し、よって駆動部材４０ともこのような関係を実現しうる。そしてナット２６が接合要素１６の外周上部領域にネジ付けされて装置の製造が完成される。

このようにして接合要素１６は駆動部材４０（すなわち電磁石）と後端部に永久磁石６０を具備し且つブラシヘッド・アーム２５に結合される被駆動部材２２との間において信頼性が高く再現性のある物理的固定接続関係を実現しうる。ハウジング１８は主にカバーとして機能するため装置の駆動構成の動作を左右することはあまりない。但し実施例によっては接合要素１６に対するハウジング１８の配置が重要となる場合がある。例えばキャリア３２におけるスイッチ・コンタクトの位置や、ハウジング１８における被覆オン／オフボタン１８ａの位置、電池の電力レベルを読み取るために設けられるハウジング１８のウィンドウに対するＰＣＢ板上のＬＥＤの配列などを配置する場合である。

電動歯ブラシなどの限られた空間において適正な動作を実現するためには、このような駆動部材と被駆動部材との精密な配置が重要である。本発明においては、接合要素１６及びこれに取り付けられる上部搭載駆動アセンブリを適用することによりこのような課題を簡単に、反復可能に、且つ確実に実現しうる。

なお上述の一実形態においては、電動歯ブラシなどの装置における駆動部材として電磁石が適用される。この電磁石は、上述のようにボビン４５に巻き付けられる巻線４４を有する。図示される実施例においてはこの巻線４４を保持するボビン４５は電磁Ｅコア・スタック４２の中央スタック上に配置されている。しかしこれ以外の巻線及びボビン配置ももちろん可能であり、図示されるものは単なる一実施例に過ぎない。

なお、本発明によるボビン４５は２つの部分７０及び７２に「分離」されていて、これらの部分は後に組み合わせられる。このボビンの第１部分７０は駆動部材４０のフレーム又はベース部７４へ延びるかあるいはこの一部を構成する。このベース部７４は巻線の端子接続及び電池３４からのワイヤ接続を形成する３つのピン接続７６−７６を有する。したがってこのベース部７４は高温に対する耐久性を有する必要がある。そして分離ボビン４５における第１部分７０はこのベース部７４と同一の材料によって構成される。なお、この材料は更にコイルの巻き付け動作中に発生するワイヤ張力からの圧力に対する耐久性を有する必要がある。この圧力は典型的には数ポンドである。また、この第１部分７０及びベース部７４の材料は比較的薄型であっても圧壊されないために十分な強度を有する必要もある。

分離ボビン４５の第２部分７２は接合要素１６の後部面に延びるかあるいはこの一部を構成する。そしてこの第２部分７２は接合要素１６と同一の材料から構成される。接合要素１６自体は装置が動作する間に接触しうる歯磨剤やその他の歯科用品に含まれる化学成分などの環境要素に対する化学的耐久性を有する材料から構成される。また美的観点からこの接合要素１６の材料としては、電動歯ブラシ装置の他の露出部分と調和する色に着色可能であるなど装飾性に優れた材料が適用されることが求められる。

駆動部材４０のフレーム又はベース部７４に延びるかあるいはこれと一体構成となる分離ボビン４５の第１部分７０はベース部７４から延びる第１セクション７５及びこの第１セクションの終端部から延びる第２セクション７７を含む。なお、第１セクション７５の外観サイズは第２セクション７７の外観サイズよりも若干大きく構成される。図示される実施例では、第１セクション７５は長さ約３／８インチに構成され、第２セクション７７は長さ約１／２インチに構成される。そして第２セクション７７の寸法が第１セクション７５の寸法に比べて若干（外周が第１セクションの外周に対して約１／３２インチ）小さく構成される。また第１部分７０はその上面８０及び底面８１から外側へ延びる（約１／３２インチ）イヤー８４−８４を具備する。これらのイヤー８４−８４はそれぞれの先端部において外側に膨らむ突出部を有する。なお、これら２つのイヤー８４は後述するようにそれぞれ若干異なる構成を有する。第１部分７０及び第２部分７２はいずれも長方形構造で且つ中空である。第２部分７２は長さ約５／８インチであり、その内部寸法は第１部分７０の第２セクション７７を受け入れられるような寸法に設定される。第２部分７２もまたその長さに沿って２つのセクションを有する。このうちの第１セクションは接合要素１６に隣接していて、第２セクションはこの第１セクションから第２部分７２の末端部まで延びる。これら２つのセクションの外部寸法は同一であるが、これらの内部寸法は異なる。というのは末端側の第２セクションの内部開口部がより小さく設計されているため第１セクションよりも丈夫である。

第２部分７２の対向する上面及び底面にはそれぞれこの第２部分７２の外部エッジ８５から内側に延びるスロット８８が（各面に１つずつ）設けられる。これらのスロット８８はそれぞれ第１部分７０のイヤー８４−８４を受け入れられるように設計される。こうして外側に若干ふくらみを有するイヤー８４−８４はこれらのスロット８８−８８に嵌合されうる。上述のようにイヤー８４−８４の形状はそれぞれ若干異なり、これに合わせてスロット８８−８８の形状も若干異なるように設計される。よって２つのボビン部分は一定の方位でのみ接合されることが可能である。すなわち各イヤーはそれぞれ対応するスロットにのみ嵌合されることが可能であり、他方のスロットには嵌合され得ないように設計される。これら２つの部分が嵌合されると、第１部分７０の大きいほうのセクション７５のエッジ部が第２部分７２のエッジ部８５のストッパーとして機能する。これによって均等な長さのボビン・アセンブリが実現されうる。なお、これら２つのボビン部分はイヤー／スロットの組み合わせにより固く結合されているが、これらは十分な力を掛けることによって分離されうる。

駆動部材４０のベース部７４から接合要素１６の後部端面４６まで延びる、ボビン４５のそれら２つの結合される部分の周りにはコイルワイヤが巻きつけられ、これによってこの２つのボビン部７０及び７２の結合状態がしっかり維持されうる。より具体的には、これらボビン部分の確実な結合は以下のように実現されうる。まずイヤー８４−８４がスロット８８−８８に挿入される。これによってボビン部分は分離に抵抗するように結合される。またこれら２つの部分が嵌合されると第２部分７２の外側の第２セクションが第１部分７０の外側セクション７７を覆う。そして次にコイルがこれら２つの部分の周りに巻きつけられる。ここでコイルの巻線の張力は第２部分７２の第２外側セクションを圧縮し第１部分７０のセクション７７に固く接触させるのに十分な張力である。この圧縮によりこれら２つの部分間の摩擦力が相当向上し、よってこれら部分の分離に必要な力を大きく増大させる。なお、第１部分７０は頑丈な材料から形成されるためセクション７７及び７５は変形されることはない。また第２部分７２の外側セクションも内部開口部を有し、第１部分７０のセクション７７と重なり合うので、それほど変形されない。

したがって上述の分離ボビン構成ではボビンの接合要素側においてはこのような箇所で要求される特性条件、すなわち化学的耐久性や外観上の美的要件などを満たす第１の材料を適用することが可能になり、また他方側においてはこのような箇所で要求される特性条件、すなわち半田付けに耐えうる耐熱性やコイル巻きつけ動作に耐えうる強度などの条件を満たす第２材料を適用することが可能となる。

したがってこのような構成によると、ボビンに適用する材料について妥協する必要がなくなる。また、性質の異なる材料は確実に溶接又は接着されにくく、また係止部材を適用した場合この部材のための場所が要されアセンブリの組み立て方法が複雑になることからも２つの部分７０及び７２を上述のように結合することは有意義である。現にこの分離ボビン構成を適用することによって、ボビンを形成するため必要な工作機械設備が著しく簡素化されうる。というのは、要求される特徴を全て単一体上に形成するためには非常に複雑な工作設備が要されることとなる。よってこの部分を２つに分けることで、より単純な工作工程を経て生産されうる２つの部分を形成することで済むようになる。

上記においては電動歯ブラシなどの小型電動装置の内部アセンブリの構成を説明してきた。また本発明の一実施形態として、駆動部材と被駆動部材との適正な配置を実現するための位置合わせアセンブリの構成が説明された。このような構成は特に空間が限られているような装置において好適である。また、上部搭載方式によると、装置において重要な構成要素が全て接合要素に直接結合される。なお本発明の実施形態においては、接合要素、分離ボビンコイル、及びＥコア積層スタックが駆動システムを構成する。この接合要素にはキャリア及び制御回路が接続される。またこの接合要素の上部側（カップ側）にはナット要素によってブラシヘッド・アセンブリが直接接続される。更に、コイル巻線を具備する電磁駆動部材を適用する装置においては、ボビン構成において要求される条件を全て妥協せずに満たすことが可能な分離ボビン構成、すなわち丈夫で耐熱性を有する一方で、動作環境にさらされた際の化学的耐久性を有し外観上美的性をも備えるような分離ボビン構成を提供する。

なお、上記において本発明における好適な実施形態を例示してきたが、本願の請求項において定義される本発明の範囲を逸脱することなくこの実施形態から様々な変更例、変形例または置換例などを構想することも可能である。

本発明による内部アセンブリを含む電動歯ブラシの構成を示す分解図である。 図１に示される電動歯ブラシの一部の構成を詳細に示す分解図である。 本発明によるボビン・アセンブリの構成を示す分解図である。 図２に示されるボビン・アセンブリの一部の構成を詳細に示す平面図である。

Claims (6)

1. 電動装置に適用される駆動アセンブリにおける電気コイル部を構成するボビン・アセンブリであって、
   前記駆動アセンブリのベース部に係合され、前記ベース部に設けられる端子ピンにコイルワイヤを接続する際に発生する熱に耐えるのに十分な耐熱性を有し且つ前記コイルがその周りに巻きつけられる際に発生する力に耐えるのに十分な強度を有する材料から形成される第１部分、
   前記第１部分に対向し、前記電動装置の動作環境にさらされる同電動装置の部分に係合され、前記動作環境との接触に対する耐久性を有する材料から形成される第２部分、
   及び
   前記第１部分と前記第２部分とを結合させるために前記第１部分と前記第２部分とに設けられる接続要素、
   を有することを特徴とするボビン・アセンブリ。
2. 前記接続要素は相互に嵌合され、前記第１部分と前記第２部分との合体により完全なボビン部材が構成され、前記完全なボビン部材の周りに前記コイルが巻きつけられるように構成されることを特徴とする請求項１記載のボビン・アセンブリ。
3. 前記接続要素は嵌合されると、分離されることに対して抵抗するように構成されることを特徴とする請求項２記載のボビン・アセンブリ。
4. 前記コイルが前記接続要素に巻きつけられると、前記接続要素の分離に対する抵抗は更に大きくなるように構成されることを特徴とする請求項３記載のボビン・アセンブリ。
5. 前記接続要素の断面形状は全般的に矩形形状であることを特徴とする請求項２記載のボビン・アセンブリ。
6. 前記電動装置は電動歯ブラシに相当し、前記駆動アセンブリはＥコア電磁石に相当し、前記電気コイルは前記Ｅコアの中央部分の周りに巻きつけられるように構成されることを特徴とする請求項１記載のボビン・アセンブリ。

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