JP6290954B2 - 動力装置用のばね機構 - Google Patents

Description

本発明は、電磁動力装置、特に電磁駆動ユニットを有する電動歯ブラシなどの動力装置に関する。

動力付きハンドルを有する電動歯ブラシその他の装置の、ブラシの毛又はその他のクリーニングエレメントを作動するための１つの方法は、歯ブラシ又はその他の装置のハンドル部内に配置された、電磁駆動である。電磁石は、所望の周波数で極性を交互に変えるスイッチによって作動させることができる。１つの可動永久磁石（又は１対の永久磁石）が電磁石に近接して配置され、電磁石が作動されたとき、この永久磁石が、電磁石によって駆動され、所定の振動数で振動する。ブラシヘッドなどのワークピースを含むネックは、ネックの細長い又は細長くないにかかわらず、典型的に永久磁石に取り付けられ、ワークピースが永久磁石の動きによって振動するように、駆動される。

ワークピースが摩耗した後に、又は、例えば異なる機能を有する異なるヘッドを取り付けるなどより多くの選択肢を与えるために、歯ブラシの毛などワークピースの特定の形態を交換する必要性を認識して、製造者は、別体の電磁駆動ユニットに適合する、交換ヘッドを設計してきた。駆動ユニットは、電源、スイッチ、固定電磁石、可動永久磁石及び駆動シャフト、を含むことができ、交換ヘッドは、ネック及び歯ブラシヘッドなどのワークピースを含む。いくつかの例において、交換ヘッドは、更に、永久磁石と、駆動シャフトと、ワークピースと、を含むことができる。交換ヘッドは、駆動ユニットに取外し可能に取り付けることができ、例えば、ねじ式その他によって、交換ヘッドの一部を駆動ユニットの一部に接続することができる。

近年、製造者は、より効率的な所望のワークピースの運動を与えるために、これらのワークピースの動きを制御しようとしてきた。例えば、電動歯ブラシの場合、製造者は、歯ブラシの中央長手軸の周りでの回転運動において、クリーニングエレメントの動きを制御しようとしてきた。この際、特に電磁駆動の歯ブラシの場合、電磁石によって生じる概ね線形の振動を所望の回転運動へ変換しなければならないので、困難が生じる。いくつかの交換ヘッドは、望ましくない又は迷惑な電動歯ブラシの振動及び／又は騒音を与える可能性のある部品を含む。各状況において、電磁石の周波数が駆動シャフト及びワークピースの共振振動数に接近すると、ワークピースの運動が劇的に変動する可能性がある。

本発明は、電磁石の動き及び／又は作動をワークピースの所望の動きに転換又は変換し、ワークピースの動きの簡単で効率の良いチューニングを可能にする、電磁動力装置用のばね機構を与える。

１つの実施形態において、ばね機構は、ハウジングと、ハウジングに接続されたばねであって、ばねの少なくとも一部が、ハウジングに対して動くことができる、ばねと、１つの磁石を有する第１の端部とワークピースに取り付けるための第２の端部とを含む、駆動シャフトと、駆動シャフトをばねの可動部に接続する、調節可能なチューニング要素と、を含む。

１つの実施形態において、ばねを板ばねとし、ばねの可動部を、ばねに形成された１対のカットアウトの間に配置されたばねセクションとすることができる。

１つの実施形態において、調節可能なチューニング要素は、駆動シャフトからばねの可動部まで延び、ばねに接続され、調節可能なチューニング要素が、ばねの可動部の位置を、所定の張力の大きさになるようにする。調節可能なチューニング要素は、ねじ式接続部がばねの可動部に加える張力の大きさを調節できるようにするために、駆動シャフトとばねの可動部との間でねじ式に接続することができる。特に、チューニング要素は、ボルトとすることができ、このボルトは、ばねの可動部を通り、駆動シャフトを通り、駆動シャフトの反対面のナットの中へ延びる。

駆動シャフトは、１対の軸受面の周りで回転可能であり、この１対の軸受面は、１対の軸受面に沿って延びる回転軸を形成する。調節可能なチューニング要素は、１対の軸受面の間に配置することができる。１対の軸受面は、駆動シャフトから延びる１対の搖動部材によって形成することができる。

別の実施形態において、ばね機構は、２つ又はそれ以上の可動ばね部及び２つ又はそれ以上の調節可能なチューニング要素を含むことができる。例えば、可動ばね部の２つは、歯ブラシの長手軸に沿って、相互に一直線上に配置することができる。調節可能なチューニング要素は、可動ばね部の各々を通って駆動シャフトまで延びることができる。このような実施形態において、ばね機構は、調節可能なチューニング要素とは別個に軸受面を含まなくても良い。すなわち、駆動シャフトの運動は、２つ又はそれ以上の可動ばね部と調節可能なチューニング要素とをチューニングすることによって、制御することができるからである。可動ばね部と調節可能なチューニング要素の各セットは、所望のワークピースの運動を得るために、チューニング要素の張力を調節することによって、及び／又は可動ばね部のサイズ及び形状を調節することによって、個別にチューニングすることができる。

ばね機構は、歯ブラシの駆動ユニット又はその他の個人用ケア装置の駆動ユニットに適用することができ、この場合、ブラシヘッド及びネックを、駆動ユニットから取り外して、交換することができる。但し、別の実施形態においては、ばね機構は、歯ブラシ又は他の個人用ケア装置用の交換ヘッドに組み込むことができ、この場合、ブラシヘッド及びネック、駆動シャフト、ばねを、交換することができる。

本発明は、また、電動歯ブラシ又はその他の個人用ケア装置用のばね機構を製造する方法も提供し、この方法は、概ね中空の内部を形成する固定ハウジングを用意するステップと、少なくとも部分的に固定ハウジングの中空の内部の中へ延びる駆動シャフトを用意するステップであって、駆動シャフトが第１の端部と第２の端部とを有し、第１の端部が１つの磁石を含み、第２の端部がワークピースを受け入れるようにされるステップと、ばね部材を固定ハウジングに接続するステップであって、ばね部材が可動部を有するステップと、調節可能なチューニング要素を用いてばね部材を駆動シャフトに接続するステップと、チューニング要素を調節して、ばねの可動部に、所望の張力の大きさを与えるステップと、を含む。

本発明の１つの実施形態に従った側面図であり、破線で示すハンドルハウジング内に配置されたばね機構を示し、ハンドルハウジング内に電磁石を含んでいる図である。 図１の実施形態の前面図である。 １つの実施形態に従った動力装置用のばね機構の前面図である。 図３の実施形態の後方斜視図である。 図３の実施形態の前方斜視図である。 図３の線Ａ−Ａに沿って見た側面断面図であり、中立位置にあるばねを示す図である。 図６の断面の斜視図である。 図３の線Ａ−Ａに沿って見た側面断面図であり、ばねが、より大きい張力を加えられた位置にある図である。 図７の断面の斜視図である。 ワークピースが接続されているばね機構の斜視図であり、駆動シャフト及びばねは、中央位置にある。 図８の後面図である。 ワークピースが接続されているばね機構の斜視図であり、駆動シャフト及びばねは、左回転位置にある。 図１０の後面図である。 ワークピースが接続されているばね機構の斜視図であり、駆動シャフト及びばねは、右回転位置にある。 図１２の後面図である。 ワークピースが接続されているばね機構の前面図であり、駆動シャフト及びばねは、中央位置にある。 図１４の線Ｃ−Ｃに沿って見た断面図である。 ワークピースが接続されているばね機構の前面図であり、駆動シャフト及びばねは、左回転位置にある。 図１６の線Ｂ−Ｂに沿って見た断面図である。 ワークピースが接続されているばね機構の前面図であり、駆動シャフト及びばねは、右回転位置にある。 図１８の線Ｄ−Ｄに沿って見た断面図である。 交換ヘッドが取り付けられている電動歯ブラシの側面図であり、電磁石及びばね機構が駆動ユニットハウジングを透過して見える図である。 本発明の第２の実施形態に従った前面図であり、破線で示すハンドルハウジング内部に配置されたばね機構を示し、ハンドルハウジング内に電磁石を含んでいる図である。 図２１の実施形態の側面図である。 第２の実施形態に従った動力装置用のばね機構の斜視図である。 図２３の後方斜視図である。 図２３の別の斜視図である。 図２３の前面図である。 図２６の線Ｅ−Ｅに沿って見た側面断面図である。 第２の実施形態に従ったばね機構の前面図であり、駆動シャフト及びばねは、中央位置にある。 第２の実施形態に従ったばね機構の前面図であり、駆動シャフト及びばねは、右回転位置にある。 第２の実施形態に従ったばね機構の前面図であり、駆動シャフト及びばねは、左回転位置にある。 図２８のばね機構の底面図である。 図２９のばね機構の底面図である。 図３０のばね機構の底面図である。 図２８の線Ａ−Ａに沿って見た断面図である。 図２９の線Ｂ−Ｂに沿って見た断面図である。 図３０の線Ｃ−Ｃに沿って見た断面図である。

Ｉ．概説
電動歯ブラシなどの動力付き装置に使用するばね機構を、図１〜１９に示し、全体を１０で示す。ばね機構１０は、駆動ユニットハウジング１２に接続された固定要素１１と、固定要素１１に接続されたばね１４と、を含み、ばね１４の少なくとも一部１６が、固定要素１１及びハウジング１２に対して動くことができ、ばね機構１０は、更に、１つの磁石を有する第１の端部２０とワークピース２６に取り付けるための第２の端部２４とを含む駆動シャフト１８と、駆動シャフト１８をばね１４の可動部１６に接続する調節可能なチューニング要素２８と、を含む。

作動時に、ばね機構１０は、上記の磁石の動きを、ワークピース２６の所望の振動数での所望の動きへ転換又は変換するように、作動する。上記の磁石は、この磁石に隣接して配置された電磁石３０などの駆動装置によって駆動される。調節可能なチューニング要素２８は、ワークピースの動き及び振動数を、簡単に調節できるようにする。図示する実施形態において、ワークピース２６は、電動歯ブラシ用の交換ヘッドであり、ばね機構１０は、歯ブラシヘッドに所望の運動を与える。別の実施形態において、ばね機構１０は、駆動ユニットハウジングの一部ではなく、交換ヘッドの一部を形成できる。

ＩＩ．構造
上述のように、電磁動力駆動ユニットは周知なので、駆動ユニットハウジング１２及び電磁石３０については、本明細書において、詳細には説明しない。駆動ユニットハウジング１２が、概略的に、駆動ユニット用のハンドルを形成し、また、ハウジング内の電源（図示せず）、例えばバッテリ又はＡＣ電源などと、使用者が操作可能なスイッチ３１と、を含む、ということを述べるだけで充分である。駆動ユニットハウジング１２は、駆動機構を含み、駆動機構は、ＤＣ駆動装置でもＡＣ駆動装置でもよい。１つの実施形態において、駆動ユニットハウジング１２は、駆動ユニットハウジング１２内に配置された電磁石３０を含み、電磁石３０は、使用者がスイッチ３１を押すと作動される。電磁石３０又は１対の電磁石は、駆動ユニットハウジング１２内で、陽極と陰極の間で振動するように作動できる。振動は、電磁石の共振振動数の範囲において可能である。図１、２及び２０に示すように、電磁石３０は、駆動ユニットハウジング１２内において、ばね機構１０の駆動シャフト１８の第１の端部２０に近接して中央に配置され、ばね機構１０は、ハウジング内部１２に配置される。駆動シャフト１８の第２の端部２４を含む駆動シャフト１８の一部は、ワークピース２６を受け入れるために、ハウジング１２の端部３４から外向きに延びる。

ばね機構１０は、交換歯ブラシヘッド又は回転振動するその他の形式の装置などのワークピース２６に、取外し可能に取り付けるように設計できる。図１０〜２０を参照すると、１つの実施形態において、ワークピース２６は、歯ブラシヘッドであり、この歯ブラシヘッドは、概略的に、細長いネック３８を含み、細長いネック３８は、一方の端部にヘッド４０を備え、反対側の端部に受け口（図示せず）を備える。受け口は、駆動シャフト１８の第２の端部２４を受け入れるサイズを有する。図示するように、ヘッド４０は、ヘッド４０から外向きに延びる様々な長さを有する複数のブラシの毛４４を含む。別の実施形態において、ヘッド４０は、ヘッド４０から延びるエラストマー要素などの１つ又はそれ以上の別のクリーニングエレメントを含むことができる。更に別の実施形態において、上述を参照し、ワークピース２６は、同様にばね機構１０を含むもっと大きい交換ヘッドの一部を形成することができる。このような実施形態において、駆動ユニットハウジング１２は、交換ヘッドに接続するためのねじ部などの構造を含むことができ、ばね機構１０の一部は、駆動ユニットハウジング１２の開口部の中へ延びて、ばね機構１０を、電磁石３０によって駆動されるようにする。

図１〜２０を参照すると、ばね機構１０は、固定要素１１と、ばね１４と、駆動シャフト１８と、調節可能なチューニング要素２８と、を含む。図示する実施形態において、固定要素１１は、従来の手段によって、より大きな駆動ユニットハウジング１２に接続される。固定要素１１は、駆動ユニットハウジング１２に接続され、固定要素１１が駆動ユニットハウジング１２に対して所定の場所に固定されるように接続される。１つの実施形態において、固定要素１１は、上面４６と下面４８とを有する概ね平坦な成形プラスチック板である。又は、固定要素１１は、多様な異なる材料から形成することができ、１つの実施形態においては、駆動ユニットハウジング１２と一体的に形成できる。図１〜７に図示する実施形態において、下面４８は、下面４８から外向きに延びる１対の離間した突起部又はボス５０を含む。ボス５０の外面５２は、下に説明する駆動シャフト１８上の軸受部材８０と係合したとき、係合面の一部を形成するように、凹状とすることができる。固定要素１１’の第２の実施形態を図１０〜１９に示す。この変形（図１７）において、固定要素１１’は、外向きに延びるボス５０を含まない。その代わりに、固定要素１１’の下面４８’の窪み５０’が、ボス５０の外面５２と同様に機能する係合面５２’を形成する。

ばね部材１４は、固定要素１１に取り付けられる。図示する実施形態において、ばね部材１４は、ばね鋼などの弾性材料で形成された概ね平坦な板である。図示するように、ばね１４は、固定要素１１及びばね１４を貫通する４つの締結具５６を用いて固定要素１１に取り付けられる。締結具５６は、ばね１４の少なくとも一部を固定要素１１及び駆動ユニットハウジング１２に対して固定して保持する。もちろん、ばね１４は、他の従来の多様な方法で固定要素１１又は駆動ユニットハウジング１２に固定的に取り付けできる。

１つの実施形態において、ばね１４は、更に可動部１６を含む。図示するように、可動部１６は、ばね部材１４の帯状部であり、ばね１４における１対の対称形カットアウト６０の間に形成される。図示する実施形態において、可動部１６は、ばね１４内において中央に配置されるが、可動部１６は、用途に応じてばねにおいて所望の別の場所に配置することができる。カットアウト６０のおかげで、可動部１６は、端部６２、６４が固定されたまま可動部１６の長手方向の範囲に沿って形成されたばねの軸に沿って前後に捩れるトーションバーを第１の端部６２と第２の端部６４との間に形成するように、第１の端部６２と、第１の端部とは反対側の第２の端部６４と、を含むように形成される。カットアウト６０のサイズ及び形状は、ばねの軸の周りでの可動部１６の可撓性及び捩れ回転の大きさを制御する。図示する実施形態において、各カットアウト６０は概ね半円形であり、半円の凸面は、それぞれ、可動部１６から離れる方向を向くが、カットアウト６０の形状は、可動部１６の特性を改変するために変えることができる。可動部１６の可撓性を増大して駆動シャフト１８及びワークピース２６の動きを増大するために、カットアウトをより大きくし、可動部をより薄くすることができる。１つの実施形態において、カットアウト６０及び可動部１６のサイズ及び形状は、所望のワークピースの運動を生じるように例えば電磁駆動機構３０の周波数がワークピース２６の共振振動数に近似するように、駆動シャフト１８及びワークピース２６のサイズ及び形状に従って製造者が事前に選択する。１つの実施形態において、可動部１６は、下で更に説明するように調節可能なチューニング要素２８を受け入れるための中央開口部６６を形成する。ばねの他の特性も、ワークピース２６の運動を変えるように改変できる。例えば、より厚いばね材料は、ばねを捩るために必要な力を増大し、作動時にばねが捩じれる大きさを減少する。ばねに所望の特性を与えるために、スロット又は孔などの付加的要素を更にばね又は複数のばねに組込みことができる。１つの実施形態において、ばね１４は、固定要素上のボス５０がばね１４を貫通して駆動シャフト１８と係合できるようにする孔を含むことができる。又は、ばねは、ばねが駆動シャフト１８のための係合面を形成するように上記の開口部無しに構成できる。

図示するばね１４の可動部１６は、１対のカットアウトの間に形成されるより大きいばね部材の一部であるが、別の実施形態において、ばね１４は、可動部１６の特性と同様の特性を有するトーションバーを形成するように両端で固定される概ね平坦な帯状のばね材料などの可動部のみで構成できる。

駆動シャフト１８は、長手軸６８を形成し、第１の端部２０と、第１の端部とは反対側の第２の端部２４と、を有する概ね細長い部材である。駆動シャフト１８は、材料の単体ピースとして一体的に形成できるが、図示する実施形態においては、駆動シャフト１８の第１の端部２０を含む成形プラスチック部材７０と、長手軸に沿ってプラスチック部材７０の凹部の中へ延びて駆動シャフト１８の第２の端部２４を含む金属部材７１とを含む２つの材料及び２つのピースから形成される。図示するように、駆動シャフト１８の第１の端部２０はベース７２を含み、ベースは、駆動シャフト１８の長手軸６８に概ね直交する方向に駆動シャフト１８の第１の端部２０から外向きに延びる概ね平坦な板である。ベース７２は、極性が反対の１対の永久磁石７６、７８を支持する下面を有し、例えばベース７２の中へ永久磁石７６、７８を型込めすることによって、又は、接着剤又はその他の既知の方法によって、永久磁石７６、７８を支持する。或いは、永久磁石７６、７８は、例えば中間板によってベース７２に間接的に接続できる。図１及び２に示すように、組み立てられたとき、永久磁石７６、７８は、電磁石３０に隣接して配置される。永久磁石７６、７８が駆動シャフト１８の長手軸からオフセットするようにベース７２において配置される結果、電磁石は、永久磁石７６、７８が弓形経路でベース７２を動かようにする。図示するように、ベース７２は、駆動ユニットハウジング１２の内部のサイズより小さい外周を有するので、ベース７２は、駆動ユニットハウジング１２内で前後及び／又は上下に動くことができる。１つの実施形態において、永久磁石７６、７８は、駆動ユニットハウジング１２内で電磁石３０が引きつけ、また、跳ね返すことができる、鋼などの強磁性材料に取り換えることができる。

駆動シャフト１８のプラスチック部材７０の残り部分は、固定要素１１の外面５２、５２’の間の係合を良好に行い、かつ、駆動シャフト１８と、ばね１４の可動部１６と、の間の接続を良好に行う。図１５を参照すると、駆動シャフト１８は、固定要素１１の係合面５２、５２’に係合する丸みのある軸受面を形成する、１対の丸みのある突起部８０を含み、駆動シャフト１８と固定要素１１との間の揺動式の関係を形成し、この丸みのある突起部８０は、凹状の係合面５２上で前後に揺動することができる。丸みのある突起部８０の間において、駆動シャフト１８は、駆動シャフト１８をばね１６の可動部に接続する構造を含む。１つの実施形態において、駆動シャフト１８は、下で詳細に説明するように、調節可能なチューニング要素２８を受け入れるために、駆動シャフト１８を貫通する締結具用孔８２を形成する。別の実施形態では、別の構造を使用して、固定ハウジング１１に対して駆動シャフト１８の揺動式の動きを良好に行うことができる。例えば、丸みのある突起部を、固定ハウジング１１又はばね部材１４に含めて、駆動シャフト１８の凹面に係合させるか、又は、駆動シャフト１８を、蝶番で固定ハウジングに接続することができる。各場合において、駆動シャフト１８の固定要素１１への接続は、駆動シャフト１８を、弓形の運動で動くようにさせるが、これは、電磁石が作動すると、電磁石３０が、永久磁石７６、７８を往復動運動で動かし、駆動シャフト１８の固定要素１１への接続が、駆動シャフトを、軸受面を貫通する軸に沿って、ばねの軸及び駆動シャフト１８の長手軸に平行な軸の周りの弓形経路で動かすのである。

最後に、駆動シャフト１８の第２の端部２４は、ワークピース２６に取り付けるための形状を有する。図示する実施形態において、第２の端部２４は、ワークピース２６の受け口の中へ延びるように形成される形状を含み、ワークピース２６が駆動シャフト１８に対して回転又は軸方向に移動するのを防止する。図１及び２を参照すると、第２の端部２４は、ワークピース２６に取り付けるために、駆動ユニットハウジング１２の端部を越えて外向きに延びる。

調節可能なチューニング要素２８は、駆動シャフト１８をばね１４に接続する。特に、調節可能なチューニング要素２８は、駆動シャフト１８をばね１４の可動部１６に接続する。図示する実施形態において、調節可能なチューニング要素２８は、ねじを有するボルトであり、このボルトは、ばね１４の可動部１６の中央開口部６６を通り、駆動シャフト１８の締結具用孔８２を通って、駆動シャフト１８の裏面のチューニングナット８４の中へ延びる。ボルト２８がナット８４の中へ挿入された時、駆動シャフト１８はばね１４及び固定要素１１に接続され、係合面５２及び８０は相互に係合して、駆動シャフト１８の搖動運動のための軸受を形成する。ボルト２８がねじを有するため、ボルト２８とナット８４は、ばね１４の可動部１６へ加えられる張力の大きさを調節するために締めたり緩めたりできる。例えば、図６は、ナット８４に接続されたチューニング要素２８を示し、ばねの可動部１６は、ほぼ中立位置にあり、板ばね１４の残り部分と一直線上にある。この状態においては、ばね１４の可動部１６と駆動シャフト１８との間にはギャップがある可能性がある。図７は、よりきつくナット８４に接続されたチューニング要素２８を示し、ばね１４の可動部１６は、緊張位置にあり、可動部は、駆動シャフトへ向かって僅かに屈曲して、駆動シャフト１８とばね１４との間のギャップを部分的又は完全的に閉鎖できる。ばね１４の可動部１６の張力の大きさの変動は、駆動シャフト１８及びワークピースの動きの振幅及び振動数を変動させる。従って、製造者は、ナット８４に対してボルト２８を回転させ、可動部１６を駆動シャフト１８の方向へ引っ張って、ばね１４の可動部１６に加える張力を調節することによって、ワークピース２６の動きを効率よくチューニングできる。現設計の変形としてボルト式締結具の代わりに、所定の調節の大きさを与える別の締結具又は装置を使用できる。

上に開示する実施形態は歯ブラシヘッドに関連しているが、明らかに、駆動シャフト１８の長手方向の寸法に概ね平行に配列された毛を備えるクリーニングブラシ及び／又はピーリングブラシなど同じ又は同様の範囲の運動を利用する他の形式のワークピースに関連して、上記の実施形態を使用できる。

ＩＩＩ．作動
作動時に、駆動ユニットハウジング１２内の電磁石３０は、使用者操作スイッチ３１によって操作される。作動されると、電磁石３０は、所定の駆動振動数の範囲で振動する及び／又は極性を変化するように制御される。交換ヘッド又はその他のワークピース２６は、駆動シャフト１８の第２の端部２４をワークピース２６の受け口へ挿入することによって、又はその他の取付け方法によって、駆動シャフト１８の端部２４に接続される。電磁石３０、及び、ベース７２に配置した永久磁石７６、７８（又は強磁性材料）への電磁石３０の引きつけは、ベース７２を弓形経路で前後に振動させる。

ばね機構１０は、駆動シャフト１８の運動経路並びにワークピース２６の動きの振幅及び振動数を制御する。ばね機構１０を参照すると、ベース７２の動きは、軸受面８０具体的には駆動シャフト１８とばね１４の可動部１６との間の接続により軸受面８０と固定ハウジング１１の表面５２、５２’との間の係合面を貫通する回転軸の周りで駆動シャフト１８を前後に回転させる。回転軸は、ばねの軸及び駆動シャフト１８の長手軸６８に対して概ね平行である。ばね１４の可動部１６は、駆動シャフト１８が振動するときばねの軸の周りで回転し、駆動シャフト１８の動きを制御しかつ中央位置において駆動シャフトを付勢するように作用する。ばね１４が捩じれる時、ワークピース２６は、弓形経路で動く。

ばね機構１０及びワークピース２６の運動を図８〜１９に詳細に示す。図８〜９及び１４〜１５は、中央位置にあるばね機構１０を示す。中央位置は、例えば、電磁石がオフのとき中立休憩位置であり、電磁石が作動されたとき回転中央位置である。この位置において、ばね１４の可動部１６は、非捩れ状態で、ばね１４の残り部分と概ね同じ平面上にある。図１５に示すように、駆動シャフトの軸受面８０は固定ハウジング１１の表面５２’ に係合し（ばね１４に形成された開口部を貫通する）、ワークピース２６の毛４４は、固定要素１１の上面に概ね直交する。図１０〜１１及び１６〜１７は、電磁石が作動されたときに生じる左回転位置のばね機構１０を示す。この位置において、ばね１４の可動部１６は、捩れ状態で、概ねばね１４の残り部分に対して角度を成す平面上にある。図１７に示すように、駆動シャフトの軸受面８０は、固定ハウジング１１の表面５２’に係合し（ばね１４に形成された開口部を貫通する）、ワークピース２６の毛は、固定要素１１の上面４６に対して概ね左に回転する。最後に、図１２〜１３及び１８〜１９は、電磁石が作動されたとき生じる右回転位置にあるばね機構１０を示す。この位置において、ばね１４の可動部１６は、捩れ状態で、概ねばね１４の残り部分に対して右へ角度を成す平面上にある。図１９に示すように、駆動シャフトの軸受面８０は、固定ハウジング１１の表面５２’に係合し（ばね１４に形成された開口部を貫通する）、ワークピース２６上の毛４４は、概ね固定要素１１の上面４６に対して右に回転する。電磁石３０が作動される間、ばね機構１０は左回転と右回転との間を前後に振動する。

上述のように、歯ブラシヘッド又は別の形式の装置のワークピースなどのワークピースの運動及び振動数は、多様な変数によって制御できる。本発明において、変数の中には調節可能なチューニング要素２８の調節が含まれる。他の変数としては、ばねのサイズ、厚み及び形状、底部部材における永久磁石７６、７８の配置、毛のサイズ及び長さ及びモーターの駆動周波数が含まれるが、これらに限定されない。これらの変数の各々は、使用者が望ましいブラッシング機能、ハンドル振動及び運転騒音を体験できるように用途に応じて調節できる。１つの実施形態において、モーターの駆動周波数は、約６０Ｈｚ〜１０００Ｈｚである。電動歯ブラシに使用する場合のより特定の実施形態おいて、駆動周者数は約１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚである。電動歯ブラシのためのより特定の実施形態において、モーターの駆動周波数は、約２３０Ｈｚ〜２８０Ｈｚであり、電動歯ブラシのための更に特定の実施形態において、モーターの駆動周波数は２６０Ｈｚに設定される。ワークピースがピーラーのヘッドである実施形態において、駆動周波数は、約１５０〜２００Ｈｚとすることができる。上記の物など別のワークピースの場合の駆動周波数は、特定の用途の所望の出力及びワークピースの運動に応じて増減できる。

特定の駆動周波数が確定された後、上記の変数は、比較的低い騒音レベル及び比較的低いモーターの消費電流を維持しながら、ブラシヘッド４０の所望の運動及び振動数を得るように調節される。電動歯ブラシに使用するための１つの実施形態において、ブラシヘッドの所望の振動数は、約２４５Ｈｚ〜２５５Ｈｚである。別の実施形態において、ブラシの毛の先端の所望の運動範囲は、約.３７０ｍｍ〜.５７５ｍｍである。更に別の実施形態において、上述の実施形態の１つを含む歯ブラシの作動時の所望騒音レベルは、約７３ｄＢ未満であり、特に約６０ｄＢ未満である。組立後及び初期試験作動後に、ワークピースの動きが不正確であることが判明した場合、製造者は、所望の運動を得るためにチューニング要素２８を簡単に調節するだけでよい。

ＩＶ．第２の実施形態
電動歯ブラシなどの動力付き装置に使用するためのばね機構の第２の実施形態を図２１〜３６に示し、全体を１００で示す。ばね機構１００は、駆動ユニットハウジング１１２に接続されたばね１１４を含む点で、ばね機構１０と同様である。この実施形態において、ばね１１４の少なくとも２つの部分１１６、１１７は、ハウジング１１２に対して動くことができる。駆動シャフト１１８は、１つの磁石を有する第１の端部１２０と、ワークピース（ばね機構１０に関連して示すワークピース２６など）に取り付けるための第２の端部１２４とを含み、少なくとも２つの調節可能なチューニング要素１２８、１２９は、駆動シャフト１１８をばね１１４の可動部１１６、１１７に接続する。

作動時に、ばね機構１００は、ばね機構１０と同様に作動して、上記の磁石の動きを所望の振動数のワークピースの所望の動きに転換又は変換する。この磁石は、駆動シャフト１１８上のこの磁石に隣接して配置された電磁石１３０などの駆動装置によって、駆動される。この実施形態において、複数の調節可能なチューニング要素１２８、１２９は、ワークピースの動き及び振動数の高度な調節を可能にする。

第２の実施形態１００の電磁駆動ユニットは、実質的に第１の実施形態１０と同じである。ハウジング１１２は、１つ又は１対の電磁石１３０と、使用者が操作可能なスイッチ１３１とを含む。駆動シャフト１１８の第２の端部１２４を含む駆動シャフト１１８の部分は、ワークピースを受け入れるためにハウジング１１２の端部１３４から外向きに延びる。第２の実施形態のワークピースは、上述の多様なワークピース２６のいずれかを含む多様なワークピースとすることができる。

図２１〜３６を参照すると、ばね機構１００は、ばね１１４と、駆動シャフト１１８と、調節可能なチューニング要素１２８、１２９とを含む。この実施形態において、ばね１１４は、従来の手段によってより大きい駆動ユニットハウジング１１２に接続される。１つの実施形態において、ばねは、上述の固定要素１１などの固定要素に接続できる。又は、ばねは、ばね１１４を貫通する締結具などの別の方法によってハウジング１１２に取り付けることができる。図示する実施形態において、ばね部材１１４は、ばね鋼などの弾性材料で形成された概ね平坦な板である。ばね１１４の少なくとも一部は、駆動ユニットハウジング１１２に対して固定される。

ばね１１４は、複数の可動部を含み、図２１〜３６に示す実施形態において、ばね１１４は、１対の可動部１１６、１１７を含む。各可動部１１６、１１７は、ばね１１４において１対の対称形カットアウト１６０の間に形成されるばね部材１１４の帯状部とすることができる。図示するように、各可動部１１６、１１７は、ばね１１４の可動部１１６、１１７の長手軸に沿って相互に一直線上にあるように、ばね１１４内において中央に配置されるが、可動部１１６、１１７は、用途に応じてばね上の所望の別の場所に配置できる。例えば、可動部１１６、１１７を、ばね１１４の長手中心線の反対側に互い違いに配置することによって、別の、但し望ましいワークピースの運動を与えることができる。

カットアウトによって、各可動部１１６、１１７は、可動部１１６、１１７が、端部１６２、１６４が固定されたまま、各々可動部１１６、１１７の長手方向の範囲に沿って形成されたばねの軸に沿って前後に捩れるトーションバーを第１の端部１６２と第２の端部１６４との間に形成するように、第１の端部１６２と、第１の端部とは反対側の第２の端部１６４と、を含むように形成される。カットアウト１６０のサイズ及び形状は、ばねの軸の周りでの可動部１１６、１１７の可撓性及び捩れ回転の大きさを制御する。図示する実施形態において、可動部１１６、１１７の各々のための各カットアウト１６０は概ね半円形であり、半円の凸面は、それぞれ、可動部１１６、１１７から離れる方向を向くが、カットアウト１６０の形状は、可動部１６の特性を改変するために変えることができる。可動部１１６における可撓性を増大して、駆動シャフト１１８及びワークピースの動きを増大するために、カットアウトの１つ又はそれ以上をもっと大きくして、可動部をもっと薄くできる。１つの実施形態において、カットアウト１６０及び可動部１１６、１１７のサイズ及び形状は、所望のワークピースを生産するために駆動シャフト１１８及びワークピースのサイズ及び形状に応じて製造者が予め選択できる。例えば、電磁駆動機構１３０の周波数はワークピースの共振振動数に近似する。可動部１１６の１つのカットアウト１６０のサイズ及び形状を、他方の可動部１１７のカットアウト１６０のサイズ及び形状に対して変えて、駆動シャフト１１８及びワークピースの動きの特性を更に精巧化できる。例えば、可動部１１６が可動部１１７より大きい可撓性を与えるように構成される場合、ワークピースはより大きな運動振幅を有することができる。

１つの実施形態において、各可動部１１６、１１７は、上述と同様に、それぞれの調節可能なチューニング要素１２８、１２９を受け入れるための中央開口部１６６を形成する。上述のように、ばねの他の特性も、ワークピースの運動を変えるために改変できる。例えば、より厚いばね材料は、ばねを捩じるために必要な力を増大し、作動時にばねが捩じれる大きさを減少する。所望の特性をばねに与えるために、更にスロット及び孔などの付加的要素をばね又は複数のばねに組み込むことができる。

ばね１１４の可動部１１６、１１７は、１対のカットアウトの間に形成されるより大きいばね部材１１４の一部として図示するが、別の実施形態において、ばね１１４は、可動部１１６、１１７の特性と同様の特性を有する、両端において固定されてトーションバーを形成する概ね平坦な帯状のばね材料など１つの可動部によってのみ構成することができる。

駆動シャフト１１８は、長手軸１６８を形成し、第１の端部１２０と、第１の端部とは反対側の第２の端部１２４と、を有する概ね細長い部材である。図示する実施形態の駆動シャフト１１８は、駆動シャフト１８と同様に構成され、２つの材料及び２つのピースから形成され、駆動シャフト１１８の第１の端部１２０を含む成形プラスチック部材１７０と長手軸に沿ってプラスチック部材１７０の凹部の中へ延びかつ駆動シャフト１１８の第２の端部１２４を含む金属部材１７１とを含む。図示するように、駆動シャフト１１８の第１の端部１２０はベース１７２を含み、ベースは駆動シャフト１１８の第１の端部１２０から駆動シャフト１１８の長手軸に対して概ね直交する方向へ外向きに延びる概ね平坦な板である。ベース１７２は、極性が反対の１対の永久磁石１７６、１７８を支持する下面１７４を有し、例えば永久磁石１７６、１７８をベース１７２の中へ型込めすることによって、又は接着剤を用いて又はその他の既知の手段によって、永久磁石１７６、１７８を支持する。又は、永久磁石１７６、１７８は、例えば中間板によってベース１７２に間接的に接続できる。図２１及び２２に示すように、組み立てたとき、永久磁石１７６、１７８は、電磁石１３０に隣接して位置づけられる。永久磁石１７６、１７８がベース１７２において駆動シャフト１１８の長手軸からオフセットするように配置されることによって、電磁石は、永久磁石１７６、１７８がベース１７２を弓形経路で動かすようにする。図示するように、ベース１７２は、駆動ユニットハウジング１１２の内部サイズより小さい外周を有するので、ベース１７２は、駆動ユニットハウジング１２内で前後に及び／又は上下に動くことができる。１つの実施形態において、永久磁石１７６、１７８は、駆動ユニットハウジング１１２内部で電磁石１３０が引きつけかつ跳ね返せる、鋼などの強磁性材料に取り換えることができる。

駆動シャフト１１８のプラスチック部材１７０の残り部分は、ばね１１４の可動部１１６、１１７（別の実施形態においては、ばね１１８に取り付けられた固定要素の一部）との係合を容易にする。図２７を参照すると、駆動シャフト１１８は、駆動シャフト１１８をばね１１４の可動部１１６、１１７に接続するための構造を含む。１つの実施形態において、駆動シャフト１１８は、下で詳しく説明するように、調節可能なチューニング要素１２８、１２９を受け入れるために駆動シャフトを貫通する１対の締結具用孔１８２を形成する。図示するように、各締結具用孔１８２、１８３は、駆動シャフト１１８から突出する直立ボス１９０、１９１内に形成できる。上記のボス１９０、１９１は、可動部内で調節可能なチューニング要素１２８、１２９に隣接してばね１１４に当接し、可動部１１６、１１７が回転するときの回転心を与える。別の実施形態において、上でばね要素１０に関連して説明した丸みのある突起部など、ハウジング１１２に対して駆動シャフト１１８の揺動式の動きを容易にするために、別の構造体を使用できる。各場合に、駆動シャフト１１８をばね１１４の可動部に接続することによって、駆動シャフト１１８は、電磁石を作動すると弓形運動で動き、電磁石１３０は、永久磁石１７６、１７８を振動運動で可動部１１６、１１７の長手軸の周りで動かす。最後に、駆動シャフト１１８の第２の端部１２４は、ワークピース２６に関連して上に説明したのと同じ様式でワークピースに取り付けられる形状を有する。

調節可能なチューニング要素１２８、１２９は、駆動シャフト１１８をばね１１４に接続する。特に、調節可能なチューニング要素１２８、１２９は、駆動シャフト１１８をばね１１４の可動部１１６、１１７に接続する。図示する実施形態において、調節可能なチューニング要素１２８、１２９は、ねじを有するボルトであり、このボルトは、ばね１１４の可動部１１６、１１７の中央開口部１６６を通り、駆動シャフト１１８の締結具用孔１８２、１８３を通って、駆動シャフト１１８の裏面のそれぞれの調節ナット８４の中へ延びる。ボルト１２８、１２９がナット８４の中へ挿入されたとき、ボス１９０、１９１が可動部１１６、１１７内においてばね１１４と係合して、駆動シャフト１１８はばね１１４に接続される。ボルト１２８、１２９がねじを有する結果として、上で説明し図６及び７に図示するのと同様に、ボルトを締めたり緩めたりして、ばね１１４の可動部１１６、１１７の各々に加えられる張力の大きさを調節できる。ばね１１４の可動部１１６、１１７の一方又は両方に加える張力の大きさの変動は、駆動シャフト１１８及びワークピースの動きの振幅及び振動数を改変する。従って、製造者は、ナット８４に対してボルト１２８、１２９の一方又は両方を回転させて可動部１１６、１１７を駆動シャフト１１８の方向へ引っ張って、ばね１１４の可動部１１６、１１７に加える張力を調節することによって、ワークピースの動きを効率よくチューニングできる。現設計の変形において、所定の調節を与える別の締結具又は装置を、ボルト式締結具の代わりに使用できる。

上に開示する実施形態は、歯ブラシヘッドに関連して示すが、駆動シャフト１８、１１８の長手長さに概ね平行に配列された毛を備えるクリーニングブラシ及び／又はピーリングブラシなど、同じ又は同様の運動範囲を利用する他の形式のワークピースに関連しても上述の実施形態を使用できる。

作動時に、駆動ユニットハウジング１１２内部の電磁石１３０は、ばね機構１０に関連して上に説明するのと同様に使用者操作スイッチ１３１によって操作される。ばね機構１００は、駆動シャフト１１８の動きの経路並びにワークピースの動きの振幅及び振動数を制御する。ばね機構１００を見ると、ベース１７２の動きは、図示する実施形態のように可動部１１６、１１７が一直線上にある限り、ばね１１４の可動部１１６、１１７によって形成されたばねの軸に概ね沿って延びる回転軸の周りで前後に駆動シャフト１１８を回転させる。回転軸は、ばねの軸及び駆動シャフト１１８の長手軸１６８に概ね平行である。ばね１１４の可動部１１６、１１７は、駆動シャフト１１８が振動するときばねの軸の周りで回転し、駆動シャフト１１８の動きを制御し、中央位置において駆動シャフト１１８を付勢するように作用する。可動部１１６、１１７が捩じれるとき、ワークピースは弓形経路で動く。

ばね機構１００の運動を、図２８〜３６に詳細に示す。図２８、３１及び３４は、中央位置にあるばね機構１００を示し、この位置は、電磁石がオフのとき中立の休憩位置であり、電磁石が作動されるとき回転中央位置である。この位置において、ばね１１４の可動部１１６、１１７は、非捩れ状態で、ばね１１４の残り部分と概ね同じ平面上にある。図３４に示すように、駆動シャフト１１８上のボス１９０は、可動部１１６内でばね１１４に係合する。図３０、３３及び３６は、電磁石が作動されたときに生じる左回転位置にあるばね機構１００を示す。この位置において、ばね１１４の可動部１１６、１１７は、捩れ状態で、概ねばね１１４の残り部分に対して角度を成す平面上にある。最後に、図２９、３２及び３５は、電磁石が作動されたとき生じる右回転位置にあるばね機構１００を示す。この位置において、ばね１１４の可動部１１６、１１７は、捩れ状態で、概ねばね１１４の残り部分に対して右に角度を成す平面上にある。電磁石１３０が作動される間、ばね機構１００は左回転と右回転の間で前後に振動する。

上述のように、ばね機構１００に関連して、ワークピースの運動及び振動数は、多様な変数によって制御できる。本発明において、その中には、調節可能なチューニング要素の一方又は両方の調節を含むことができる。他の変数としてはばねのサイズ、厚み及び形状、底部部材上での永久磁石１７６、１７８の配置、毛又はワークピースから延びるその他の要素のサイズ及び長さ、及びモーターの駆動周波数を含むが、これらに限定されない。上記の変数の各々は、使用者が望ましいブラッシング機能、ハンドル振動及び運転騒音を体験できるように用途に応じて調節できる。モーターの駆動周波数及びモーター及びワークピースの相対的振動数は、ばね機構１０に関連して上に述べるように測定できる。ばね機構１００は、チューニング要素１２８、１２９及びばね可動部１１６、１１７の一方又は両方の特性を調節できるので広範囲の調節可能性を与える。上述のように、製造者は、両方のチューニング要素１２８、１２９及び両方のばね可動部１１６、１１７の特性を均等に変動させるか、又は一方のチューニング要素及び／又は一方のばね可動部の特性を他方に対して調節できる。

上の説明は、本発明の現在の実施形態の説明である。特許請求の範囲に規定される本発明の主旨及び広義の形態から逸脱することなく、様々な改変及び変更を与えることができ、改変及び変更は、均等論を含めて特許法の原則に従って解釈されるものとする。例えば単数冠詞を用いた単数の請求要素への言及は、要素を単数に限定するものとは解釈されないものとする。

Claims (19)

1. 動力装置用のばね機構であって、前記動力装置が、電磁石を含み、前記ばね機構が、
   ハウジングと、
   前記ハウジングに接続されたばねであって、前記ばねの少なくとも２つの部分が前記ハウジングに対して可動である、ばねと、
   １つの磁石を有する第１の端部とワークピースに取り付けるための第２の端部とを含む、駆動シャフトと、
   前記駆動シャフトを、前記ばねの可動部の各々に接続する、調節可能なチューニング要素と、
   を含み、
   前記ばねの前記可動部が、各々長手方向の範囲を有し、前記長手方向の範囲が、相互に一直線上にある、
   ばね機構。
2. 前記ばねが、板ばねであり、前記ばねの前記可動部が、各々前記ばねに形成された１対のカットアウトの間に配置されるばねセクションである、
   請求項１に記載のばね機構。
3. 前記調節可能なチューニング要素が、前記駆動シャフトから前記ばねの前記可動部へ延び、前記調節可能なチューニング要素が、前記ばねに接続され、前記ばねの前記可動部の位置を、張力が所定の大きさになるようにし、前記調節可能なチューニング要素が、個別にチューニング可能であり、前記ばねの前記可動部の一方に加えられる張力の大きさは、前記ばねの前記可動部の他方とは異なる大きさにすることができる、
   請求項２に記載のばね機構。
4. 前記調節可能なチューニング要素が、各々、前記駆動シャフトと前記ばねの前記可動部との間でねじ式に接続され、前記ねじ式の接続が、前記ばねの前記可動部の各々に与えられる張力の大きさの、前記個別の調節を可能にする、
   請求項３に記載のばね機構。
5. 前記調節可能なチューニング要素が、回転軸に直交して延び、前記調節可能なチューニング要素の各々が、前記ばね機構の長手軸に沿って一直線上にある、
   請求項４に記載のばね機構。
6. 前記調節可能なチューニング要素の各々が、前記ばね機構の前記長手軸に沿って離間する、
   請求項５に記載のばね機構。
7. １対のボスが、前記駆動シャフトから外向きに延び、前記１対のボスの各々が、前記ばねの前記可動部の１つと一直線上にある、
   請求項６に記載のばね機構。
8. 前記１対のボスの各々が延びて前記ばねの前記可動部の１つと係合し、前記ボスの各々が、開口部を形成し、前記調節可能なチューニング要素の１つが、各々の前記開口部の中へ延びる、
   請求項７に記載のばね機構。
9. 動力装置用のばね機構であって、前記動力装置が、電磁石を含み、前記ばね機構が、
   第１の端部と、第１の端部の反対側の端部であってワークピースに取り付けるための第２の端部と、を有する細長い駆動シャフトであって、前記駆動シャフトが、長手軸を形成し、前記第１の端部が、前記長手軸から外向きに延びるベースを含み、前記ベースが、前記電磁石に近接する１つの磁石を含む、細長い駆動シャフトと、
   ばね部材を含む固定ハウジングであって、前記ばね部材が、ばねの軸の周りで捩れ回転できる少なくとも２つの可動部を有し、前記ばねの軸が、前記駆動シャフトの前記長手軸に対して平行であり、前記少なくとも２つの可動部が、前記長手軸に沿って一直線上にある、固定ハウジングと、
   少なくとも２つのチューニング要素であって、各前記チューニング要素が、前記駆動シャフトと、前記ばね部材の前記少なくとも２つの可動部のうち関連付けられる１つと、の間に延びる、少なくとも２つのチューニング要素と、
   を含む、ばね機構。
10. 前記ばね部材が、板ばねであり、前記少なくとも２つの可動部が、相互に離間し、前記少なくとも２つの可動部が、各々前記ばね部材の１対のカットアウトの間に形成される、
    請求項９に記載のばね機構。
11. 前記少なくとも２つのチューニング要素が、個別に調節可能で、前記ばねの軸に直交する方向に、前記ばねの前記少なくとも２つの可動部に加えられる張力の大きさを調節する、
    請求項９に記載のばね機構。
12. 前記少なくとも２つのチューニング要素の各々が、前記ばねの前記少なくとも２つの可動部を貫通し、かつ前記駆動シャフトを貫通して延びる、ねじ式の部材である、
    請求項１１に記載のばね機構。
13. １対のボスが、前記駆動シャフトから外向きに延び、前記１対のボスの各々が、前記ばね部材の前記少なくとも２つの可動部の１つと位置合わせされている、
    請求項９に記載のばね機構。
14. 前記少なくとも１つのボスが、前記駆動シャフトから延びて、前記ばね機構の前記少なくとも２つの可動部の前記１つと係合する、
    請求項１３に記載のばね機構。
15. 前記駆動シャフトが、前記ボスを少なくとも２つ含み、前記ボスの各々が、開口部を形成し、前記チューニング要素の各々が、前記開口部の１つの中へ延びる、
    請求項１４に記載のばね機構。
16. 前記駆動シャフトの前記第１の端部にある前記ベースが、前記駆動シャフトの長手軸に直交する方向に前記駆動シャフトの前記第１の端部から外向きに延びる、
    請求項９に記載のばね機構。
17. 電動歯ブラシ用のばね機構を製造する方法であって、
    中空の内部を形成する固定ハウジングを設ける、ステップと、
    前記固定ハウジングの前記中空の内部の中へ少なくとも部分的に延びる駆動シャフトを設けるステップであって、前記駆動シャフトが第１の端部と第２の端部とを有し、前記第１の端部が１つの磁石を含み、前記第２の端部がワークピースを受け入れるようにされる、ステップと、
    ばね部材を前記固定ハウジングに接続するステップであって、前記ばね部材が相互に離間した少なくとも２つの可動部を有する、ステップと、
    前記ばね部材を少なくとも２つのチューニング要素を用いて前記駆動シャフトに接続する、ステップと、
    前記ばねの前記少なくとも２つの可動部の１つに所望の張力の大きさを与えるために、前記チューニング要素の少なくとも１つを調節する、ステップと、
    を含み、
    前記ばねの前記可動部が、各々長手方向の範囲を有し、前記長手方向の範囲が、相互に一直線上にある、
    方法。
18. 前記チューニング要素を調節するステップが、前記ばね部材の前記少なくとも２つの可動部の前記１つを前記駆動シャフトの方向に引っ張るステップを含む、
    請求項１７に記載の方法。
19. 前記ばねが板ばねであり、前記チューニング要素の各々が、前記ばねの前記少なくとも２つの可動部の関連付けられる１つを通って前記駆動シャフトの中へ延びる、
    請求項１８に記載の方法。

Images