JP6291497B2 - 調整可能なブラシヘッドアセンブリシステムを備えた電動歯ブラシ - Google Patents

Description

本発明は、一般的には、振動ブラシヘッド動作を持つ電動歯ブラシに関し、より詳細には、所望の範囲内にブラシヘッド動作の振幅を維持する目的のための、ブラシヘッドアセンブリシステムの一部の構成の制御に関する。

前後にスイープ（sweep）するブラシ部材運動を備えた電動歯ブラシのためのブラシヘッドアセンブリシステムは一般に、駆動系部材（駆動梁）とブラシ部材を備えたブラシヘッドとを含み、これらは共に、剛性、重心及び質量が様々であっても良く、これらが全て該ブラシヘッドアセンブリシステムの共振周波数に影響を与える。多くの斯かるブラシヘッドにおいて用いられる、比較的薄い幾何の柔軟な材料（一般的にはプラスチック）のため、ブラシヘッドアセンブリシステムの共振周波数は１００乃至２５０Ｈｚであることが多く、この範囲内で電動歯ブラシの動作／駆動周波数がとられ得る。

電動歯ブラシの駆動周波数とブラシヘッドアセンブリシステムの共振周波数との間のこの関係は、幾つかの場合において有用であり、比較的小さな力学的な駆動運動によって、大きなスイープ振幅をもたらす。しかしながら、共振周波数が駆動周波数に近すぎる場合には有害ともなり得るものであり、例えば９ｍｍに達するほどの、ブラシ部材の過度の振幅に帰着し、制御が困難となるとともにユーザにとって潜在的に有害なものとなる。

それ故、駆動周波数に対してブラシヘッドアセンブリシステムの共振周波数を増減させ、ブラシ部材の動きの振幅を所望の範囲内となるよう制御するよう、便利に調整されることができる部分を含む、ブラシヘッドアセンブリシステムに対するニーズが存在する。このことは、ブラシヘッドアセンブリシステムの種々の部分の製造に対する高度な制御の必要なく、大きな許容範囲を持つ柔軟なブラシヘッドの使用を可能とする。

従って、斯かる電動歯ブラシは、モータシャフト４４を持つ直流モータ３４を含むハンドル部と、前記モータシャフトに装着された偏心結合部材４６と、梁部材５０、及びブラシ部材１４が装着された着脱可能なブラシヘッド１２を含む、ブラシヘッドアセンブリシステム４８と、を有し、前記梁部材は、枢軸４７に対する横方向の動きのために装着され、前記横方向の動きは、前記梁部材の近位端部に対する前記結合部材の相互作用により実現され、前記梁部材は、前記梁の剛性、前記梁の長さ、及び前記梁の断面二次モーメントのうちの１つを調整することにより、前記歯ブラシの駆動周波数に対する前記ブラシヘッドアセンブリシステムの共振周波数が変化させられるように構成され、動作の間の前記ブラシ部材の動きの振幅は、１．０乃至２．５ｍｍの範囲内に維持される。

更に、電動歯ブラシ機器のブラシヘッドアセンブリシステムを調整して、前記ブラシヘッドアセンブリシステムの共振周波数を制御するための方法が提供され、前記ブラシヘッドアセンブリシステムは、前記電動歯ブラシの駆動系により枢軸４７に対して動かされる梁部５０と、ブラシ部材を含む前記梁に装着可能なブラシヘッド１２と、を含み、前記方法は、前記ブラシヘッドアセンブリシステムの共振周波数と前記機器の駆動周波数との間の十分な差を維持するように、選択された特性のうちの１つを変化させるステップを有し、前記ブラシ部材の動作中の振幅は、１乃至２．５ｍｍの範囲内であり、前記選択された特性は、（１）前記梁の剛性、（２）前記梁の長さ、及び（３）前記梁の断面二次モーメントである。

本発明の構造を含む電動歯ブラシの分解図である。 本発明の構造を含む電動歯ブラシの分解図である。 図１及び１Ａの電動歯ブラシのブラシヘッドアセンブリシステムを詳細に示す斜視図である。 図１及び１Ａの電動歯ブラシのブラシヘッドアセンブリシステムを詳細に示す斜視図である。 図１及び１Ａの電動歯ブラシの一部の縦方向の断面図である。 図１及び１Ａの電動歯ブラシの一部の縦方向の断面図である。

図１及び１Ａは、全体として１０で示される電動歯ブラシを示している。電動歯ブラシ１０は、遠位端にブラシ部材１４を備えたブラシヘッド１２を含む。電動歯ブラシ１０はまた、筐体１６と、該筐体内に嵌合し、該歯ブラシの幾つかの内部動作部のための担持部として機能する、筐体アセンブリ１８と、を含む。歯ブラシ１０の後端は、端部キャップ２０、Ｏリング封止部２２、テープ部材２４及びワイヤフレーム部材２６、並びに内部キャップアセンブリ２８を含む。従来のバッテリアセンブリが３０により示され、保護緩衝部材３２を備える。歯ブラシ１０のこれらの部分は従来のものであり、幾つかの電動歯ブラシ構成に共通するものである。

ここで図１、２及び３を参照すると、モータ保持部３６及び装着ねじ３８により適所に保持されたモータ３４が示されている。モータ保持部の反対側には、該歯ブラシのための制御回路を含む印刷回路基板４０が、接続電気信号線４２と共に配置される。図示された実施例においては、モータ３４は、回転して該機器を動作させるのに必要とされるトルクを直接に生成する、外側シャフト４４を持つ直流（ＤＣ）モータである。該モータは、利用可能なバッテリ電圧で、必要とされる動きをもたらすため、駆動系のために十分なトルク及び速度を提供する。

モータの外側シャフト４４には、偏心運動を生成する偏心結合部材４６が装着される。偏心結合は、モータシャフトの回転動作を円運動に変換する。該偏心結合部材の中心は、モータシャフトの軸からずらされている。モータシャフト４４が回転すると、偏心の中心軸が円運動で動き、この円の直径は、モータシャフトの軸からの偏心軸のオフセットの距離の２倍に等しい。偏心結合は、ブラシヘッドアセンブリシステムの近位端におけるスコッチヨーク機構４５の一部である。偏心結合により生成される円運動は、図２及び３に示されるように、枢軸４７に対して動くブラシヘッドアセンブリシステム４１のための直線（スイープする）運動に変換される。

図４及び４Ａを参照すると、偏心結合部材４６の遠位端において、ブラシヘッドアセンブリシステムの近位端におけるヨーク５１に嵌合する円筒４８へと延在するピン４９がある。円筒４８は、ヨーク５１によって、図３に示されるように基本的にＸ方向に動くよう制限されるが、Ｙ方向には或る程度自由に並進運動し、Ｚ方向にも僅かに動く。偏心ピン４９は、円筒４８における開口５５内で回転する。きつすぎると、界面が円筒内で偏心ピンが回転することを妨げるが、界面が緩すぎると、該機構は騒音が大きいものとなり、ブラシ部材１４の動きの振幅にも影響を与え得る。

一般に「スコッチヨーク」として知られる本構成は、本実施例においては、偏心円動作を、枢軸４７に対する横方向（スイープする）ブラシアセンブリ動作に変換するために用いられる。しかしながら、望ましい運動変換のため、他の構成が利用されても良いことは、理解されるべきである。

円筒４８に作用するピン４９の結果の動作は、ヨーク５１をＸ方向に動かし、ブラシヘッドアセンブリシステム、より具体的にはブラシヘッドアセンブリシステムのブラシヘッド駆動シャフト／梁部分５０へと、偏心結合の動きを伝達する。ブラシヘッド駆動シャフト／梁５０は、枢軸４７に対して横方向に前後して動き、ここで枢軸４７は、図２において５３−５３で示されるようにＹ軸に対して前後方向（横方向）に動く、全体としてヨーク５１からブラシ部材へと延在するブラシヘッド１２を含むブラシヘッドアセンブリシステムの長さ全体の略中心にある。図示された実施例におけるブラシヘッド駆動シャフト／梁部材５０は、スチールでつくられる。近接（ヨーク）端から枢軸４７までの梁５０の部分は、プラスチックの外側被覆５０ａによって被覆される。

遠位端にブラシ部材１４を備えたブラシヘッド１２は、締まりばめ型の嵌合によって、梁５０の遠位端部５６に装着可能であり、また該遠位端部５６から取り外し可能である。梁５０は、上側キャップ部材５８及び下側キャップ部材６０によって支持される。遠位端５６のための封止部６２が、キャップ５８及び６０の遠位端に嵌合する。

動作時には、該ブラシヘッドアセンブリシステムは、横方向の運動で動く。図示された実施例においては、ヨーク５１と枢軸４７との間の距離は、枢軸４７とブラシ部材１４との間の距離の約半分である。以上に示したように、ブラシヘッド１２は、剛性、重心及び質量が様々となり、これらが全て、スイープ動作で動くときの該ブラシヘッドアセンブリシステムの共振周波数に影響を与える。上述したように、ブラシヘッド１２及びその変形例において用いられる、比較的薄い幾何の柔軟な材料（一般的にはプラスチック）のため、ブラシヘッドアセンブリシステムの共振周波数は１００乃至２５０Ｈｚで変動し、この範囲内で電動歯ブラシの動作／駆動周波数がとられ得る。幾つかの場合において、ブラシヘッドアセンブリの特定の構成に依存する共振周波数は、駆動周波数に対して、結果となるブラシ部材の振幅が不快なものとなるほどに大きくなり得る。

本発明においては、ブラシヘッドアセンブリシステムの共振周波数は、製造されたシステムの既存の共振周波数を軽減／変更するため、或る程度増大又は減少させられる。望ましくは、結果となるブラシ部材の振幅は１．０乃至２．５ｍｍとなり、最も望ましくは１．７５ｍｍとなる。ブラシヘッドアセンブリシステムの共振周波数は、以下の３つの方法、即ち（１）駆動シャフト／梁の材料を変更して該梁の剛性を変更することにより、（２）該梁の長さを変更することにより、及び（３）該梁の断面二次モーメント（cross-sectional moment of inertia）を変更することにより、ブラシヘッドシステムの駆動シャフト（梁）部分を調整することによって、調節される。以上に示されたように、駆動シャフト／梁５０は、近位（ヨーク）端から枢軸４７を越えた点まで延在する。以上の特性のうちの１つ以上を変更することにより、ブラシ部材の動きの振幅を制御するためにブラシヘッドアセンブリシステム周波数が制御されることができる。当該構成は、製造工程を極度に厳密に制御する必要なく、機器の望ましい動作を実現するように駆動シャフト及び最終的にはブラシヘッドアセンブリシステムを調整する、好適で便利であり且つ安価な方法を実現することができるという利点を持ち、これにより経済的な電動歯ブラシの製造を可能とする。典型的には、駆動系の材料の剛性は、１０乃至４０Ｎ／ｍｍの範囲内となり、駆動系の長さは４５乃至７５ｍｍの範囲内の値をとり、断面二次モーメントは１４０乃至２８０ｍｍ^４の範囲内となる。市販のブラシヘッドを装着された場合に１６０Ｈｚの共振周波数をもたらす、このように構成された調整可能な梁は、２６Ｎ／ｍｍの梁の剛性、４１ｍｍの長さ、２００ｍｍ^４の断面二次モーメントを持つ。

本発明は直接駆動（ブラシ部材に対するモータ）構成及び枢動動作において用いられるが、他の電動歯ブラシ構成にも適用されることができる。

本発明の好適な実施例が説明の目的のため開示されたが、請求項により定義された本発明の精神から逸脱することなく、種々の変更、修正及び代替が実施例に組み込まれ得ることは、理解されるべきである。

Claims (13)

1. モータシャフトを持つ直流モータを含むハンドル部と、
   前記モータシャフトに装着された偏心結合部材と、
   梁部材、及び、ブラシ部材を具備する着脱可能なブラシヘッドを含む、ブラシヘッドアセンブリシステムと、
   を有する電動歯ブラシ機器であって、
   前記梁部材は、枢軸に対する横方向の動きのために装着され、前記横方向の動きは、前記梁部材の近位端部に対する前記偏心結合部材の相互作用により実現され、前記梁部材の横方向の動きへの前記モータシャフトの回転動作の変換は、スコッチヨーク構成により実現され、前記梁部材は、前記梁部材の剛性、前記梁部材の長さ、及び前記梁部材の断面二次モーメントからなるグループから選択される１又は複数の特性を介して調整することにより、前記電動歯ブラシの駆動周波数に対する前記ブラシヘッドアセンブリシステムの共振周波数が変化させられるように構成され、動作の間の前記ブラシ部材の動きの振幅は、１．０乃至２．５ｍｍの範囲内に維持される、電動歯ブラシ機器。
2. 前記ブラシ部材の動きの振幅は、１．７５ｍｍに維持される、請求項１に記載の機器。
3. 前記梁部材は、スチールを有し、前記梁部材の近位端からプラスチックの外側被覆を有する前記枢軸までの前記梁部材の部分を更に持つ、請求項１に記載の機器。
4. 前記梁の横方向の動きが、前記枢軸の軸に対して平行なＹ軸に対するものである、請求項１に記載の機器。
5. 前記梁部材のための前記剛性の範囲は１０乃至４０Ｎ／ｍｍであり、前記梁部材のための前記長さの範囲は４５乃至７５ｍｍであり、前記梁部材のための前記断面二次モーメントの範囲は１４０乃至２８０ｍｍ^４である、請求項１に記載の機器。
6. 電動歯ブラシ機器の共振周波数を制御するため、前記電動歯ブラシ機器のブラシヘッドアセンブリシステムを実装するための方法であって、
   ブラシ部材を持つブラシヘッドを受けるように構成される梁部を含むブラシヘッドアセンブリシステムを供給するステップであって、前記梁部は、前記電動歯ブラシ機器の駆動系を介して枢軸まわりの横方向の動きを受け、前記駆動系は、駆動シャフトを含み、前記横方向の動きは、前記駆動シャフトに装着された偏心結合部材と前記梁部の近位端との相互作用によって実現され、前記梁部の横方向の動きへの前記駆動シャフトの回転動作の変換は、スコッチヨーク構成により実現される、前記ブラシヘッドアセンブリシステムを供給するステップと、
   動作中の前記ブラシ部材の動きの振幅を１．０乃至２．５ｍｍの範囲内に維持するため、前記ブラシヘッドアセンブリシステムの共振周波数と前記電動歯ブラシ機器の駆動周波数との間の十分な差を維持するように、前記梁部の１又は複数の特性を介して前記梁部を調整するステップと、
   を有し、
   前記１又は複数の特性は、前記梁部の剛性、前記梁部の長さ、及び、前記梁部の断面二次モーメントからなるグループから選択される、方法。
7. 動作中の前記ブラシ部材の動きの前記振幅は１．７５ｍｍに維持される、請求項６に記載の方法。
8. 前記梁部のための前記剛性の範囲は１０乃至４０Ｎ／ｍｍであり、前記梁部のための長さの範囲は４５乃至７５ｍｍであり、前記梁部のための前記断面二次モーメントの範囲は１４０乃至２８０ｍｍ^４である、請求項６に記載の方法。
9. 前記ブラシヘッドアセンブリシステムの前記梁部の調整は、前記電動歯ブラシ機器の製造の間に実行される、請求項６に記載の方法。
10. 前記梁部材の前記近位端が、ヨークを含み、前記ヨークと前記枢軸との間の距離が、前記枢軸と前記ブラシ部材との間の距離の半分である、請求項１記載の電動歯ブラシ機器。
11. 前記梁部材が、スチールを有し、前記梁部材の前記近位端から前記枢軸までの前記梁部材の一部が、プラスチックの外側被覆で覆われた前記スチールを有する、請求項１０記載の電動歯ブラシ機器。
12. 前記ブラシヘッドアセンブリを供給するステップが、ヨークを具備する前記梁部の前記近位端を供給するステップを更に含み、前記ヨークと前記枢軸との間の距離が、前記枢軸と前記ブラシ部材との間の距離の半分である、請求項６記載の方法。
13. 前記梁部が、スチールを有し、前記梁部の前記近位端から前記枢軸までの前記梁部の一部が、プラスチックの外側被覆で覆われた前記スチールを有する、請求項１２記載の方法。

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