JP4533901B2 - 電動歯ブラシ - Google Patents
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Description
電動歯ブラシの作動中、電気モータの電力消費量は一般的に回転速度および駆動機構によりモータに付される負荷にかかっている。これらのパラメータは、ブラッシング要素、例えば、ブラシヘッドに配置される可動ブラシ毛ホルダーに付される負荷に左右される。電気モータの電力消費量は、モータおよび通常モータの出力シャフトにかかる機械的歪みにも左右されることも知られている。
電動歯ブラシを使用することにおいて重大な不都合は、反復使用した期間の後に、電池が消耗して、電池を交換しなければならないことである。電池にかかる費用増加に加え、電池交換は消費者にとって煩わしく厄介なものとされている。さらに、低価格の使い捨て電動歯ブラシでは、電池は歯ブラシ本体内で封をされているかもしれず、交換に適していないかもしれない。したがって、電池の寿命および電動歯ブラシ本体の電池交換をするまでの期間を延ばす必要がある。
さらに、電動歯ブラシの電池寿命を延ばすために、技術および組み立てを改良する必要が残されており、特に、例えばブラシヘッドやネックの過度の歪みや湾曲がさらに伴う。
第1の観点では、この発明はモータを配置した中空内部領域を有するハンドルを備える電動歯ブラシを提供する。また、電動歯ブラシはブラシ毛を上部に配置して有する可動ブラシ毛ホルダー(movable bristle holder)を備えるヘッドを有する。さらに、歯ブラシはハンドルとヘッドとの間に延びているネックを備える。また、電動歯ブラシは長軸を形成するドライブシャフトを備える。ドライブシャフトはネックを貫通して延びており、かつ作動的にモータを可動ブラシ毛ホルダーにつなぐ。ドライブシャフトはバネ要素を含む。
この発明は様々な部品や部品の配置による形態をとってもよく、また様々な技術、方法または手段の順序や配列による形態をとってもよい。参照図は、この発明による歯ブラシの実施例を示す目的のためのみであり、必ずしも縮尺で描かれている訳ではなく、この発明を限定的に解釈させるものではない。
この発明は以下の図に関連した記載によりさらに理解される。
図1はこの発明による歯ブラシの透視図である。
図2は図1で示される歯ブラシの部分断片透視図である。
図3はこの発明による別の歯ブラシの部分的な構成部品を示す透視図である。
図4はこの発明によるドライブシャフトの透視図である。
図5は図4で示されるドライブシャフトのバネ部分の詳細な部分側面図である。
図6はこの発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
図7はこの発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
図8はこの発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との実施例の詳細な部分透視図である。
図9はこの発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
図10はこの発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
図11はこの発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
図12はこの発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
図13はこの発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
この発明によると、歯ブラシの電気モータに付される負荷が調整されるのであれば、電動歯ブラシの電池寿命が相当延ばされ得ることが判明している。例えば、モータの動きを止めるか、あるいは実質的に止まらせる過負荷の加力は、過度の電力を消費し得る。この発明は、電気モータに加えられる負荷を制限できる駆動機構部品や部品を提供して、過負荷を吸収することによりモータの動きが止まるのを防ぎ、それにより電池寿命を延長する。ここに記載される実施例において、これらの部品とはドライブシャフトの一部に沿って駆動機構に備えられるバネあるいはバネ要素である。バネ要素を選択するにあたり、バネ定数が考慮され得る。歯ブラシのドライブシャフトに柔軟すぎるバネ定数を選択すると、歯を洗浄するのに十分な力を加えられない。しかしながら、ドライブシャフトに堅すぎるバネ定数を選択すると、バネ要素は過負荷を吸収することができず、それによってこの負荷がモータに伝達し、モータの動きが止まるのを防止できなくなる。
図1はこの発明による歯ブラシ10の実施例の透視図である。歯ブラシ10は本体80、ヘッド20、および、ハンドルまたは本体80とヘッド20との間に延びているネック40を備える。作動装置70またはスイッチは、本体80に沿って備えられる。ヘッド20に配置されているのは、多くの固定ブラシ毛60および可動ブラシ毛50の集合であり、それらの両方ともここで参照の種々の特許会社(patents incorporated)により詳細に記載され、図示されている。
認識されているように、可動ブラシ毛は1つ以上の可動ブラシ毛ホルダーに配置され、かつ支えられている。可動ブラシ毛ホルダーは広範囲の種々の運動を受けてもよい。可動ブラシ毛ホルダーは角張った運動、直線運動、曲線運動を受けてもよい。ブラシ毛ホルダーの運動は、一定であっても周期的であってもよい。1つの実施例において可動ブラシ毛ホルダーの運動は周期的な直線運動または往復運動である。
第1アーム108は、ピン110または他の留め具を介して、偏心したピボットをつけて第2歯車106につながれる。偏心してつながれることにより、第2歯車の回転運動は第1アーム108の往復運動へと変換される。第2アーム112は、ピン114または他の留め具を介して、第1アーム108にピボットをつけてつながれる。シャフト160は、プレス嵌めのように、第2アーム112にしっかりと固定される。シャフト160は少なくとも部分的にネック140内に収容される。シャフト160は第3アーム116とも連動している。第3アーム116は、ピン118または他の留め具を介して、内部ブラシ毛ホルダー152とターミナルエンドでつながれている。第3アーム116のターミナルエンドは、シャフト160の長軸とオフセットであるため、アームは内部ブラシ毛ホルダー152の外辺に隣接してピン接合される。このオフセット配置は第3アーム116の往復運動を、内部ブラシ毛ホルダー152の往復運動に変換し、内部ブラシ毛ホルダー152はシャフト160の長軸とほとんど平行に往復運動をする。
歯ブラシの使用中にバネ要素に加えられる特定の負荷のタイプは、圧縮または伸張である。ブラシの通常の使用の間、圧縮負荷あるいは伸張負荷がバネに加わり得る。通常、これらの負荷はドライブシャフトの往復運動に伴って交互に加わる。例えば、伸張負荷が加えられた後、圧縮負荷が加えられ、その後に伸張負荷が加えられ・・・といった具合に。先の説明のように、もし過負荷がバネにかかるのであれば、負荷が圧縮あるいは伸張かによって、バネは圧縮されまたは伸ばされ得る。
バネは多くの機械システムの基礎を形成する基本的な機構部品である。バネは、変形するときに抵抗力が作用する弾性部材として定義され得る。ほとんどのバネは、線形と仮定されフックの法則(Hook’s Law)F=kΔに従う。この方程式において、Fは抵抗力(resisting force)であり、Δはバネの変位(displacement)であり、kはバネ定数(spring constant)である。
非線形バネ(non−linear spring)のために、抵抗力は、その変位に直線的には比例しない。ここに記載される実施例は線形バネ(linear springs)を利用する。しかしながら、この発明は非線形バネの使用を含む。
さらに、バネ定数を最大必要バネ定数に近づけるほど、バネ要素はモータの動きを止める最大負荷に到達するまで過負荷を全く吸収しなくなるので、電池寿命の延びは減少する。1つの実施例においてバネ定数は、最大バネ定数の約100%、90%、80%、75%、65%および50%よりも少なくてもよく、および/または、最小バネ定数の約25%、35%、45%および55%よりも大きくてもよい。
4N/mmのバネ定数を有するバネを利用することによる、ドライブシャフトのブラッシングエンドに加えられる力とバネの変位との間の概略関係が次の表1に示される。
表1
k=4N/mmとした場合の、加えられる力とバネ変位との関係
表2
k=5N/mmとした場合の、加えられる力とバネ変位との関係
表3
k=6N/mmとした場合の、加えられる力とバネ変位との関係
表4
k=7N/mmとした場合の、加えられる力とバネ変位との関係
表5
k=8N/mmとした場合の、加えられる力とバネ変位との関係
加えられる負荷が伸張であるか、または圧縮であるかにかかわらず、多くのバネは同じ、または実質的に同じバネ定数を示すが、この発明による1つのタイプのバネは伸張負荷と圧縮負荷とでは異なるバネ定数を示す。1つの実施例において、バネは少なくともドライブシャフトのストローク長を吸収し得る。
この発明によるバネ要素へ加えられる過負荷から生じるバネ変位を調査する実験が実施された。その実験において、バネの一方の端は固定され、反対側のもう一方の端が特定の力を受けた。約−1.4ポンド(−6.23N)の最大過伸張力(maximum excessive tensile force)で、バネは約0.85mm伸ばされた。また、約0.95ポンド(4.23N)の最大過圧縮力(maximum excessive compressive force)で、バネは約0.80mm圧縮された。これらの過負荷に相当するドライブシャフトにおける力の計測量は、約1.2±0.30ポンド(5.34±1.33ニュートン)の力である。これらの変位および力の数値からバネ定数を計算すると、k=6.28±1.56N/mmとなる。
どのような特定な理論やデザインアプローチにも限定されることは望まないが、ブラシヘッドの1つの実施例においてブラシ毛ホルダーで計測される過ブラッシング負荷(excessive brushing loads)と、ドライブシャフトのブラッシングエンドで示される負荷との間のおおよその関係が明らかになってきた。稼動ブラシ毛ホルダーに動力を供給する往復駆動機構を利用する特定の電動歯ブラシの実施例において、一般にブラシ毛ホルダーにおける約3ポンドのブラッシングの負荷は、ドライブシャフトのブラッシングエンドで計測される約1ポンドの負荷に相当する。3ポンドの力は、ブラシ毛への圧縮力としてブラシ毛ホルダーに加えられ、そしてこのようにしてその次に、ブラシ毛ホルダーに対して、一般に歯ブラシの長軸の垂直方向に加えられる。この負荷の加力により、往復ブラシ毛ホルダーと、それが接触する表面との摩擦が増加する。ドライブシャフトのブラッシングエンドに示される負荷は、ブラシ毛ホルダーへ加わるブラッシング負荷が約3ポンドのとき、約1ポンドである。この約1ポンドの力は、ブラシ毛ホルダーに付された約3ポンドの負荷から生じる、ブラシ毛ホルダーの摩擦の増加を克服するのに必要な力の量とみなされ得る。約1ポンドの力は、一般に往復ドライブシャフトの長軸に沿って向けられる。
特に、ドライブシャフトとバネは様々な材料から形成されてもよい。1つの実施例において、ドライブシャフトとバネは同じ材料で形成される。ドライブシャフトとバネは、通常の歯ブラシの使用中に重大なゆがみを受けることなく、モータから、歯ブラシのヘッドに配置される1つ以上の稼動ブラシ毛ホルダーに動力を伝達するのに、十分な強度と剛性を示す高分子材料から形成され得る。適切な高分子材料の例としては、自己潤滑材料(self−lubricating materials)に限定されるものではないが、ABS、ナイロン、PPE、POM(ポリオキシメチレン共重合体)および登録商標デュポン(Dupont)から提供される登録商標デルリン(Delrin)アセタール樹脂等の高分子材料が含まれ、また、スチールやアルミニウムなどの金属も含まれる。商業的に利用可能なナイロンの例としては、デュポンから提供されるPA6ナイロンがある。また、ドライブシャフトとバネを形成するための他の材料を利用することも熟考される。この発明の歯ブラシに利用される材料の例は、限定されるものではないが、米国出願番号第10/659,489号で論述されたものを含み、ここで参照のために組み込まれる。さらに、部品と、ネック内に形成される空洞内壁との間の摩擦を最小にするために、ドライブシャフトおよび/またはバネの外側表面に低摩擦コーティングが施されることが望ましい。
この発明はまた、回転ドライブシャフトを利用する駆動機構との結合に利用されるバネ要素を含む。例えば、トーションバネあるいはコイルバネは、先の図6で示されるように、回転ドライブシャフトの一部に沿って組み込まれ得る。図9はコイルスプリング496を有するドライブシャフト495の代替実施例を示しており、コイルスプリングおよびドライブシャフトの両方とも同じ材料で構成されている。歯ブラシの通常な稼動の間、バネ496はいかなる重大な回転歪みを受けることもなく、ドライブシャフトの一方の端からもう一方に向けて効率的に回転力を伝える。しかしながら、過負荷が加わる際、バネは歪み、すなわちねじり歪みを受け、それによってモータにかかる負荷は制限され、または減少される。ここに示したように、これにより電池の電力消費が抑えられる。
ここに記載される実施例は、ドライブシャフトの部分として一体的に備えられるバネ部分またはバネ要素を利用するが、この発明はバネ部品がドライブシャフトと分離して備えられる実施例を含む。そのような構成において駆動機構は、モータ出力シャフトと、モータにより動力供給される1つ以上のブラシ毛ホルダーとの間に位置するバネ部品を利用し得る。
さらに、ここで記載される歯ブラシの実施例は歯ブラシのネック部に配置されるバネ要素を利用するが、この発明はバネが歯ブラシの他の領域に配置される実施例を含む。例えば、バネは歯ブラシのハンドル部分内に位置し、または一般に存在し得る。また、バネは歯ブラシのヘッド部に備えられ得る。
20,120・・・ヘッド
40,140・・・ネック
50・・・可動ブラシ毛
60・・・固定ブラシ毛
70・・・作動装置
80,130・・・ハンドル
90,102・・・モータ
91・・・出力シャフト
92,93・・・駆動歯車
94・・・駆動節
95,160,195,295,395,495,595,695,795,895・・・ドライブシャフト
96,196,296,396,496,594,596,694,696,794,796,894,896・・・バネ要素
102・・・モータ
104・・・第1歯車
106・・・第2歯車
108・・・第1アーム
110,114,118・・・ピン
112・・・第2アーム
116・・・第3アーム
122・・・端部
152・・・ブラシ毛ホルダー
Claims (9)
- モータを配置した中空内部領域を画定しているハンドルと、ブラシ毛を上部に配置して有する可動ブラシ毛ホルダーを備えるヘッドと、前記ハンドルと前記ヘッドとの間に延びているネックと、前記モータの回転を直線往復運動に変換する運動変換部と、直線伸縮運動可能なバネ要素とを備え、運動変換部は前記バネ要素とドライブシャフトを介して前記可動ブラシ毛ホルダーに作動的に接続され、前記バネ要素は、モータを停止させる過負荷が可動ブラシ毛ホルダーに印加されたときに、前記運動変換部の直線往復運動をバネ要素の直線伸縮運動に変換して前記過負荷を吸収し、それによってモータの回転を継続させるバネ定数を有する電動歯ブラシ。
- 前記バネ要素は、前記ドライブシャフトと同じ材料で形成される請求項1に記載の電動歯ブラシ。
- 前記バネ要素は、前記ドライブシャフトと異なる材料で形成される請求項1に記載の電動歯ブラシ。
- 前記バネ要素は線形バネである請求項1に記載の電動歯ブラシ。
- 前記バネ要素は第1バネ要素と第2バネ要素とからなる請求項1に記載の電動歯ブラシ。
- 前記第2バネ要素は前記第1バネ要素のバネ定数とは異なるバネ定数を示す請求項5に記載の電動歯ブラシ。
- 前記第1バネ要素は前記第2バネ要素を形成する材料とは異なる材料で形成される請求項5に記載の電動歯ブラシ。
- 前記ブラシ毛ホルダーは前記ヘッド上に相対移動のために搭載される請求項5に記載の
電動歯ブラシ。 - 前記ブラシ毛ホルダーは前記ヘッド上に相対移動のために搭載される請求項1に記載の電動歯ブラシ。
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