JP6339016B2 - 電動歯ブラシ用の振動補償システム - Google Patents

Description

［0001］ 本発明は、概して、電動歯ブラシに関し、より具体的には、歯ブラシの動作時の歯ブラシのハンドル部の振動を減少させるシステムに関する。

［0002］ 多くの電動歯ブラシは、例えば２００〜３００Ｈｚの範囲内の歯をきれいにするのに効果的であると証明されている周波数において効率よく動作できるように、共振駆動システムを使用する。共振駆動システムは、通常、アクチュエータによって駆動される力学的質量／バネ配置を含む。動作時、共振質量とバネとは、アクチュエータ力自体よりもかなり大きいブラシ力を生成するように、力学的エネルギーを相互に交換する。

［0003］ しかし、アクチュエータの固定子部分及び／又はハンドル内の共振バネが、取付けのために歯ブラシの筐体に任意の態様で機械的に取付けられると、質量／バネ作用によって提供される結果の反作用トルクが、歯ブラシ筐体に作用し、ハンドルの振動がもたらされるが、当該振動は、通常、気が付くほどに大きく、また、場合によっては、アクチュエータエネルギーの少なくとも一部がユーザの手に吸い込まれることによって、ユーザに不快さをもたらす。

［0004］ この影響を解決する又は少なくとも減少させるために、様々な解決策が試みられている。１つの解決策は、筐体（ハンドル）の慣性質量モーメントを増加させることであるが、通常、ハンドルの直径は小さいので、ハンドルに質量を追加しても、その慣性質量モーメントを大幅には増加させない。したがって、質量を追加することによる振動への効果はほとんどない。別の解決策は、バネがバネノードにおいて筐体に接続されるノードバネ配置を使用することであるが、この配置は、しばしば、構造が複雑であり、また、アクチュエータの固定子部分が依然としてハンドルに接続されるため、ハンドルは振動し続ける。

［0005］ したがって、動作時の歯ブラシハンドルの振動を大幅に減少させる又は除去する共振駆動配置を電動歯ブラシに持たせることが望ましい。

［0006］ 電動歯ブラシ電化製品における振動補償システムは、ユーザが握る歯ブラシ筐体と、第１の慣性モーメントを有する固定子と、第２の慣性モーメントを有する回転子とを含む歯ブラシ用の電動アクチュエータであって、電動アクチュエータの前方端における回転子は、歯をきれいにするための毛部材がその上に取付けられ、アクチュエータは、動作時、回転子、したがって毛部材を駆動するトルクを生成し、固定子及び回転子は、電化製品の動作時、反対方向に移動する、当該電動アクチュエータと、第１のバネ定数を有し、固定子を筐体又は筐体に固定される要素に接続する第１のバネ要素又はアセンブリと、第２のバネ定数を有し、回転子と筐体又は筐体に固定される要素との間に接続される第２のバネ要素とを含み、第１及び第２のバネ定数の比は、第１及び第２の慣性モーメントの比と十分に類似し、これにより、歯ブラシの動作時、筐体に伝達される、結果として生じるトルクは実質的になく、したがって、電化製品の動作時、筐体の振動は実質的にない。

［0007］ 図１は、固定子及び回転子を含む簡易電動歯ブラシ駆動配置を示す断面図である。 ［0008］ 図２は、図１の電動歯ブラシの様々な部品と、それらの間の電気的及び機械的接続とを示す図である。 ［0009］ 図３は、図１の筐体部分、固定子部分及び回転子部分のそれぞれの動きを示す図である。 ［00010］ 図４は、電動歯ブラシの動作時のハンドルの振動を減少させるための本明細書において説明される駆動配置を示す図である。 ［00011］ 図５は、図４の駆動配置の要素間の接続を示す図である。 ［00012］ 図６は、本明細書において説明される配置を有する回転子部分、固定子部分及び筐体部分の動きを示す振動図である。 ［00013］ 図７は、電動歯ブラシ用の本発明による駆動配置の一実施形態の概略図を示す。 ［00013］ 図８は、電動歯ブラシ用の本発明による駆動配置の一実施形態の概略図を示す。 ［00014］ 図９は、本発明による駆動配置の別の実施形態の破断図である。 ［00015］ 図１０は、バネ配置の変形態様を示す断面図である。 ［00015］ 図１０Ａは、バネ配置の変形態様を示す断面図である。 ［00016］ 図１１は、図１０の変形態様のうちの１つの絵画図と軸方向及び接線方向におけるバネ剛性の式とを示す。 ［00017］ 図１２は、バネ補償アセンブリを有するアクチュエータを有する電動歯ブラシの断面図である。 ［00018］ 図１３は、１つのバネ補償システムを有する電動歯ブラシの一部の断面図である。 ［00019］ 図１４は、別のバネ補償システムを有する電動歯ブラシの一部の断面図である。

［00020］ 上述の通り、図１に示される、共振駆動アクチュエータシステムを有する従来の電動歯ブラシ１０は、ハンドル１２と、ブラシヘッドアセンブリ１４とを含み、毛部分１６は、ブラシヘッドアセンブリの前方端にある。ブラシヘッドアセンブリ１４は、アクチュエータの回転子部分１８を形成するスピンドル又はネック部材１７を含む。アクチュエータは更に、固定子部分２０も含む。固定子は、電子部品制御を用いて電池によって駆動され、２１で概略的に示される。上述の通り、この配置ではハンドル１２に振動が伝わる。

［00021］ 図２及び図３に、図１のアクチュエータシステムの振動効果が示される。図２は、固定子／回転子配置を駆動するアクチュエータのトルク源２２（Ｔ_ａｃｔ）を示す。固定子２０は、慣性質量モーメントＪ_ｓを有する一方で、回転子１８は、慣性質量モーメントＪ_ｒを有する。回転子１８は、ｋ_ｓｒで示され、共振駆動システムの質量バネ系の弾性部であるバネ２４によって、固定子２０に接続される。その一方で、固定子は、慣性質量モーメントＪ_ｈを有する筐体２６に機械的に接続される。Ｊ_ｈは、電子部品及び電池のそれぞれの質量を含む一方で、Ｊ_ｒは、歯ブラシの毛部分の質量を含む。

［00022］ 結果の動作において、回転子１８は、歯の洗浄作用を生成するように、ある周波数及び振幅で振動する。図３を参照するに、図３の線３０において、回転子（スピンドル）の振動が示される一方で、線３２に示される固定子の動きは、比較的静かなままである。しかし、筐体２６は、線３４によって示されるように、かなりの振動を経験する。回転子の振動は、その比較的大きい振幅と共に、筐体の振動３４と約１８０度、位相がずれる一方で、固定子の小さい振動は、筐体の振動と同位相である。

［00023］ 本明細書において示され且つ説明される本発明による配置では、固定子からのトルク反作用は、回転子からの第２の反作用トルクによって補償される。上述の通り、これは、動作時、固定子と回転子とが反対方向に動くため、可能である。図４は、筐体（ハンドル）３８と、固定子４０と、スピンドルを含む回転子４２とを含み、毛部分４４が回転子の前方端にある本発明による振動補償配置の概念図を示す。バネ４６が、固定子４０及び筐体（ハンドル）３８の両方に固定される（しっかりと取り付けられる）一方で、バネ４８が、回転子４２と筐体３８との間に固定される。バネ４６、４８のバネ定数Ｋ_ｓｈ、Ｋ_ｒｈは、それぞれ、固定子及び回転子の慣性質量モーメントと同じ比率を有するように選択される。これにより、筐体へのネットトルクはゼロとなる。即ち、筐体への振動がない。

［00024］ 図５は、図４のシステムの概略図であり、トルク源５２と、固定子５４と、回転子５６と、筐体５８とを含む。バネ６０が、固定子５４と筐体５８とを接続する一方で、バネ６２が、回転子５６と筐体５８とを接続する。バネ６４が、固定子と回転子とを接続する。Ｊ_ｓ、Ｊ_ｒ及びＪ_ｈは、固定子、回転子及び筐体の慣性質量モーメントを表す一方で、ｋ_ｓｈ及びｋ_ｒｈは、バネ６０、６２のバネ定数を表す。回転子と固定子とは、対向する動き／振動を有する。したがって、それぞれのトルクは、筐体への任意の作用に対し互いに対向する。ハンドルの振動があったとしてもほとんどないように、ほぼゼロの筐体へのネットトルクを生成するために、バネ定数の比Ｋ_ＲＨ／Ｋ_ＳＨは、慣性質量モーメントの比Ｊ_Ｒ／Ｊ_Ｓとほぼ等しくなければならない。バネ定数比が、慣性質量モーメント比と等しくなると、ハンドルの振動は実質的にゼロである。これは、ハンドルに付与されるネットトルクがゼロになるからである。この点は図６に示される。図６は、線６４によって表される回転子の動きと、回転子に対し反対である線６６によって表される固定子の動きを示す。結果として、線６８に示されるように、筐体への振動がない。

［00025］ 図７及び図８に、振動補償システムの第１の実施形態が示される。図７及び図８は、円筒筐体７２と、固定子７４と、回転子７６とを示す。固定子及び回転子は、毛部材が取り付けられる駆動シャフト又はネックの効果的な回転を提供するように選択される。図７は、固定子と筐体との間のバネ接続を示す。この特定の配置では、３つのピン突起８２−８２が、固定子７４の後端面８４から延出する。バネ接続は、３つの別個のリーフバネ８６−８６を含み、それぞれ、各ピンに関連付けられる。図示される実施形態では、バネはプラスチックであるが、金属であってもよい。バネは弾力性があり、概して、「Ｗ」の形に成形される。

［00026］ 図８は、製品の反対端を示し、アクチュエータの回転子部分が７６に示される。図示される実施形態におけるバネ８８は、らせん形状を有し、筐体と回転子との間に延在し、また、バネは筐体及び回転子の両方にしっかりと取り付けられる。バネの厚さは、バネがプラスチックである場合は、０．３〜０．４ｍｍである。バネが金属で作られる場合は、通常、より薄くなる。バネ接続は、特に溶接又は接着を含む様々な方法でなされる。

［00027］ ２つのバネは更に、追加の機能を有する。例えば、固定子バネは、筐体内のアクチュエータの懸架部として使用され、固定子と筐体との間に延在するリーフバネである。回転子（スピンドル）バネは、スピンドルに固定された部材と、筐体から内側に小さい距離で延在する突起との間で筐体内に平行に延在するリーフバネである。

［00028］ 図９は、全体的に９０と示される別の実施形態の破断図を示す。本実施形態は、筐体９２と、固定子９４と、回転子９６とを含む。通常、回転子の端にブラシヘッド（図示せず）が取り付けられる。回転子９６は、固定子から、筐体９２にしっかりと取り付けられる取付けディスク９８を通り延在する。本実施形態では、単一バネ１００が、固定子と筐体との間、及び、回転子と筐体との間のバネ固定接続を達成する。この単一バネは、固定子９４から、次に単一巻回セクションから取付けディスク９８内の溝、次に５巻回セクションから回転子９６まで延在する。バネ１００の単一巻回セクション１０２は、固定子と筐体との間の固定子バネとして機能する一方で、５巻回セクション１０４は、回転子と筐体との間の回転子バネとして機能する。

［00029］ 重要な検討事項は、ここでも、バネ定数比（固定子バネセクション１０２と回転子バネセクション１０４との比）が、固定子セクション及び回転子セクションの慣性モーメント比と同じ又はほぼ同じであることである。これにより、筐体へのネットトルクがゼロとなる。

［00030］ 完全な比の一致は、ゼロのネットトルクを生成するが、ネットトルクは、バネ定数比のある範囲に亘ってゼロに近い状態に維持される。即ち、２つの比は、ゼロトルクという所望の結果を得るために同一である必要はない。比が一致した配置は、負荷によっても、即ち、歯に当該電化製品を使用しても影響を受けない。負荷下でも、ハンドルに振動が伝達されないため、作動エネルギーの当該一部は、歯に与えられ、洗浄のための追加のエネルギーがもたらされ、また、歯ブラシの効率が向上する。したがって、本発明による比が一致した配置は、二重の作用効果を有する。即ち、当該配置は、ハンドルの振動を減少／除去して、ユーザに対する快適さを増やし、また、電化製品の効率、即ち、洗浄効果も増大させる。

［00031］ 幾つかの配置では、固定子は、軸方向及び接線方向の両方において、筐体に対して動くことができなければならない。１つのデザインでは、バネ巻線の断面が矩形であり、２つのバネ端における巻線は、互いに９０°に向けられ、これにより、単一のバネが１つの矩形ワイヤから巻かれることが可能である。機能上は、このような断面は、別の自由度を与え、接線バネ方向における剛性が、軸バネ方向における剛性とは独立していることを可能にする。図１１によれば、軸方向剛性は、ｂ^２ｈ^２と相関するため、巻線の断面の向きは関係ない。しかし、接線方向剛性は、ｂｈ^３と相関するため、巻線の断面の向きの変化は、バネの剛性比の変化をもたらす。軸方向剛性及び接線方向剛性は、それぞれ、互いに対しスケーリングされることが可能であり、軸方向剛性は、直径Ｄに従って変化する一方で、接線方向剛性は、Ｄ^３によって変化する。このようにすると、軸方向バネ剛性及び接線方向バネ剛性は、質量及び慣性モーメントと組み合わされて、所望の共振周波数比に調整される。

［00032］ 軸方向及び接線方向剛性比は、各質量及び慣性モーメントの比から決定され、軸方向比は、１：２．５であり、接線方向比は、１：１０である。ｂ／ｈ比は０．５である。全体剛性は、回転子質量／慣性モーメントと共に、両方向における共振周波数を決定する。

［00033］ 図１０は、単一バネ１１０実施形態を示し、左側の巻線１１２（１巻回）は、固定子に接続される一方で、右側の巻線１１４（２．５巻回）（その断面は９０°回転されている）は、出力シャフト（図示せず）に接続される。単一バネ１１０の中間部分１１８は、筐体（図示せず）に接続される。図１０の巻線配置は、（図１０Ａに示されるように）２つの部分に分離できる。この配置は、切り離し点１２０におけるヘッド／ハンドルインターフェイスを可能にする。交換用バネ部分１２２が、ブラシヘッドアセンブリの一部であり、バネ部分１２２は、交換部全体の他の質量特性に対応するように調節される一方で、ハンドルに取付けられても依然として同じ振動補償効果を与える。もう１つのバネ部分１１８は、ハンドルに残る。

［00034］ 上述の通り、幾つかの配置におけるアクチュエータ固定子は、軸方向及び接線方向の両方において、筐体に対して動くことができなければならない。図１２に、１つの特定の配置が示される。図１２は、電化製品の筐体１３０の一部と、アクチュエータ固定子１３２と、回転子／シャフト１３６とを含み、回転子／シャフト１３６上にブラシヘッドアセンブリが取り付けられる。この配置では、アクチュエータは、アクチュエータの両端の外側に置かれた軸受１３８、１４０によって支持され、軸受は、筐体１３０に接続される。軸受１３８、１４０は、ユーザ負荷をブラシからハンドルへと運び、ユーザによって加えられたブラシ力を支える。前方軸受１４０は、筐体に接続される円形マウント１４１内に位置付けられる。シャフト１３６は、アクチュエータ軸受１４６、１４８によって支持される。固定子及び回転子を筐体に接続するバネ懸架アセンブリは、１５０に示される。

［00035］ 図１３及び図１４は、バネアセンブリシステムを、より詳細に示す。図１３の実施形態では、バネアセンブリ１５２は、ブラシヘッドアセンブリ１５４が、簡単にシャフト１５６に取付けられ、また、シャフト１５６から取外されるように配置される。バネ部分１５２は、単一であり、一部分１６０において、固定子１６２及び筐体１６４に固定取付け要素１６５を介して接続される一方で、他のバネ部分１６６は、回転子１５６及び筐体１６４に取付け要素１６５を介して接続される。

［00036］ 図１４は、バネセクション１７４及びブラシヘッドアセンブリ１７６を含む筐体の前方端１７０及び固定筐体マウント１７２が、接続インターフェイス１７８Ａ及び１７８Ｂを介して、電化製品の残りの部分１８０から着脱可能である代替配置を示す。バネセクション１８２が、固定子１８４を筐体マウント１８６に接続する。

［00037］ 本発明の好適な実施形態が、例示を目的として開示されたが、様々な変更、改良及び置換が、請求項によって定義される発明の精神から逸脱することなく実施形態に組み込まれることは理解されるべきである。

Claims (11)

1. 電動歯ブラシ電化製品用の振動補償システムであって、
   ユーザが握る筐体と、
   第１の慣性モーメントを有する固定子と、第２の慣性モーメントを有する回転子とを含むアクチュエータであって、前記アクチュエータの前方端における前記回転子は、歯をきれいにするための毛部材がその上に取付けられ、前記アクチュエータは、動作時、前記回転子、したがって前記毛部材を駆動するトルクを生成し、前記固定子及び前記回転子は、前記電動歯ブラシ電化製品の動作時、反対方向に動く、前記アクチュエータと、
   第１のバネ定数を有し、前記固定子を前記筐体又は前記筐体に固定される要素に接続する第１のバネ要素又はアセンブリと、
   第２のバネ定数を有し、前記回転子と前記筐体又は前記筐体に固定される要素との間に接続される第２のバネ要素と、
   を含み、
   前記第１及び第２のバネ定数の比は、前記第１及び第２の慣性モーメントの比と十分に類似する、振動補償システム。
2. 前記第１及び第２のバネ定数の比は、前記第１及び第２の慣性モーメントの比と実質的に同じである、請求項１に記載の振動補償システム。
3. 前記第１及び第２のバネ要素は、単一バネを含み、前記単一バネは、コイルバネである、請求項１に記載の振動補償システム。
4. 前記第１のバネ要素又はアセンブリは、複数の板バネを含む一方で、前記第２のバネ要素又はアセンブリは、らせんバネである、請求項１に記載の振動補償システム。
5. 前記第１及び第２のバネ要素若しくはアセンブリの一方又は両方は、プラスチックである、請求項１に記載の振動補償システム。
6. 前記第１及び第２のバネ要素若しくはアセンブリの一方又は両方は、金属である、請求項１に記載の振動補償システム。
7. 前記第１及び第２のバネ要素は、振動の補償を維持する一方で、前記筐体に対する前記固定子の軸方向及び接線方向の両方の動きを可能にする、請求項１に記載の振動補償システム。
8. 電動歯ブラシ電化製品であって、当該電動歯ブラシ電化製品は、
   第１の慣性モーメントを有する固定子とハンドルの回転子部分とを含むアクチュエータと第１の歯ブラシ筐体部とを有するハンドルであって、前記アクチュエータは、動作時、前記ハンドルの回転子部分を駆動するトルクを生成し、前記固定子及び前記ハンドルの回転子部分は、前記電動歯ブラシ電化製品の動作時、反対方向に動き、前記電動歯ブラシ電化製品は、第１のバネ定数を有し、前記固定子を前記第１の歯ブラシ筐体部又は前記第１の歯ブラシ筐体部に固定される要素に接続する第１のバネ要素又はアセンブリを更に含む、前記ハンドルと、
   ブラシヘッドアセンブリと、
   を含み、
   前記ブラシヘッドアセンブリは、
   歯をきれいにするための毛部材をその遠位端に有するブラシヘッドシャフトと、ブラシヘッド回転子部分を前記ハンドルの回転子部分に着脱可能に接続する接続回転子インターフェイス部分をその近位端に有する前記ブラシヘッド回転子部分と、前記ブラシヘッドアセンブリが前記ハンドルに接続されるのに応じて、前記第１の歯ブラシ筐体部に結合する第２の歯ブラシ筐体部であって、前記第１及び第２の歯ブラシ筐体部は、電動歯ブラシ電化製品の筐体を画定する、前記第２の歯ブラシ筐体部とを含み、前記ハンドルの回転子部分及び前記ブラシヘッド回転子部分は、第２の慣性モーメントを有する電動歯ブラシ電化製品回転子を形成し、
   前記電動歯ブラシ電化製品は、第２のバネ定数を有し、前記ブラシヘッド回転子部分と前記第２の歯ブラシ筐体部又は前記第２の歯ブラシ筐体部に固定される要素との間に接続される第２のバネ要素又はアセンブリを更に含み、
   前記第１及び第２のバネ定数の比は、前記第１及び第２の慣性モーメントの比に十分に類似する、電動歯ブラシ電化製品。
9. 前記第１及び第２のバネ定数の比は、前記第１及び第２の慣性モーメントの比と実質的に同じである、請求項８に記載の電動歯ブラシ電化製品。
10. 前記第２のバネ要素又はアセンブリは、プラスチックである、請求項８に記載の電動歯ブラシ電化製品。
11. 前記第２のバネ要素又はアセンブリは、金属である、請求項８に記載の電動歯ブラシ電化製品。