JP6721684B2 - クランクシャフトアクチュエータおよび口腔ヘルスケア器具ならびに口腔ヘルスケア器具のためのクランクシャフト作動をもたらす方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には、口腔ヘルスケア器具に関し、より具体的には、口腔ヘルスケア器具のためのバネ荷重可能なプランジャにプレストレスを与える(pre-stress)並びにそのようなプランジャを迅速解放する(quick release)半自由回転するクランクシャフトアクチュエータ(semi-free rotation crankshaft actuator)及びその方法に関する。

口腔ヘルスケアを用いるとき、一般的に、人は単に歯を磨くこと（ブラッシングすること）を考える。しかしながら、単に歯を磨くことは、歯の歯間領域を非常に上手に洗浄しない。従って、歯科医は、歯磨きに加えてフロッシングを推奨する。歯間クリーニングを向上させるために、家で使用することができる幾つかのデバイスが市販されている。１つのそのようなデバイスであるAirFloss（ＴＭ）デバイスは、高い衝撃速度のためにノズルを通じて加速される水滴及び空気の組み合わせを創り出す。空気は、圧縮バネによって前方に移動させられるピストンによって、シリンダ内で圧縮される。

デバイスの従来技術バージョンでは、モータが、その円周領域の部分に沿って限定的な数の歯を有し且つピストンの部分であるラックギアと相互作用する、ピニオンギアを駆動する。ピニオンギアの回転は、ラックギアを後向き方向に押し、それはバネの圧縮をもたらす。歯がラックギアと最早相互作用しなくなるまでピニオンがひとたび回転すると、ピストンはバネによって前方に押される。しかしながら、この種のデバイスは、反復的な動作のために機構をリセットする能力に限界があり、機構が速く操作され過ぎると、機構は機械的困難を経験し得る。

従って、当該技術分野における問題を克服する改良された方法及び装置が望まれている。

１つの態様において、アクチュエータドライブトレーン機構が、駆動軸の周りで自由に回転可能なクランク機構を含む。クランク機構は、クランクの速さが駆動軸の速さよりも低いならば、その回転軸(revolving axis)に連結される。本明細書に開示する実施形態において、クランク機構は、プランジャをその最大のバネ応力(spring stress)で解放する前に、バネ荷重可能なプランジャに予張力（プレテンション）を与えるために使用される。

他の態様によれば、１つの実施形態は、バネ荷重可能なプランジャ(spring loadable plunger)を引き戻し、引き続きそれを自由に解放することができる、クランク−ロッド駆動機構を含む、ドライブトレーン機構（駆動列機構）を含む。ピストンが完全に前方に進むのを妨げるものがある場合、ドライブトレーン機構は、ピストンを引き戻す前に、ピストンが前方に完全に押されることを保証する。ドライブトレーン機構は、本明細書で議論するような従来知られているドライブトレーンについて見出されるロッキング問題(locking issue)を有利に解決する。

１つの実施形態によれば、口腔ヘルスケア器具のための半自由回転するクランクシャフトアクチュエータは、チャンバと、バネ荷重可能なプランジャと、クランク機構とを含む。チャンバは、主軸(principal axis)と、チャンバの近位端にあるバネ圧縮停止部(圧縮バネストッパ)(spring compression stop)を備える内面と、チャンバの遠位端にある少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口とを含む。バネ荷重可能なプランジャは、チャンバの近位端付近の張力位置(tensioned position)とチャンバの遠位端付近の解放位置(released position)との間で主軸に沿ってチャンバ内で動作可能である。バネ荷重可能なプランジャは、（ｉ）プランジャであって、流体密な関係において主軸に沿ってチャンバの内面を行き来する(traversing)ように構成された、その遠位端を有するプランジャと、（ｉｉ）プランジャの近位端の上に配置され、圧縮停止部とプランジャの遠位端との間に位置付けられる、バネとを含む。バネは、第２の圧縮状態（即ち、解放状態）よりも大きい第１の圧縮状態（即ち、張力状態）を含む、少なくとも２つの圧縮状態を有し、バネが第１の圧縮状態から第２の圧縮状態に除荷される(unloaded)のに応答して、バネはプランジャを第１の速度で張力位置から解放位置に作動させる。解放される位置は、（ａ）第１のアクチュエータ状態に応答するチャンバ内の望ましい端位置と、（ｂ）第１のアクチュエータ状態とは異なる第２のアクチュエータ状態に応答する、望ましい端位置とは異なるチャンバ内の望ましくない端位置とを含む。クランク機構は、バネ荷重可能なプランジャを張力位置と解放位置との間で循環させるために、バネ荷重可能なプランジャに連結する。

クランク機構は、駆動軸について回転可能に駆動させられる少なくとも駆動ピンと、駆動軸について半自由に回転可能なクランクシャフトとを含む。クランクシャフトは、バネ荷重可能なプランジャに連結し、（ｉ）クランクシャフトがプランジャを望ましい端位置から張力位置に引っ張ることに応答して、バネを第１の圧縮状態に荷重することを含む第１の動作モードにある駆動ピン、（ｉｉ）バネが第１の圧縮状態から第２の圧縮状態に除荷されることに応答して、プランジャを張力位置から解放位置に作動させることを含む第２の動作モードにあるバネ荷重可能なプランジャ、及び（ｉｉｉ）クランクシャフトがプランジャを望ましくない端位置から押すことを含む第３の動作モードにある駆動ピンを介して、駆動軸について部分的に駆動させられる。例えば、第３の動作モードは、（ａ）望ましくない端位置から望ましい端位置へのプランジャの不完全な作動を完了させること、及び（ｂ）クランクシャフトがプランジャを望ましくない端位置から押すことに応答して、（例えば、プランジャが望ましい端位置を越えて位置するようになるが、張力位置の前にある場合に）、望ましくない端位置からプランジャを移動させることのうちの少なくとも１つを含む。

半自由回転するクランクシャフトアクチュエータの他の実施形態によれば、第１のアクチュエータ状態は、チャンバ内の摩擦及び少なくとも１つの出口のあらゆる妨害を克服する解放されたバネ荷重可能なプランジャを含み、第２のアクチュエータ状態は、チャンバ内の摩擦及び／又は少なくとも１つの出口のあらゆる妨害を不完全に克服する解放されたバネ荷重可能なプランジャを含む。他の実施形態において、第１の速度は、少なくとも１つの出口を介して、所望の量の空気及び／又は液体、及び／又は空気及び液体の混合物を放出するために、チャンバ内で少なくとも最小の必要な圧力を創り出すのに十分な速度を含む。空気及び／又は液体は、例えば、少なくとも１つの入口を介して、チャンバに入れられることができる。

更に他の実施形態において、第１の動作モードは、プランジャが最初にチャンバ内の望ましい端位置に配置されること、及び、駆動ピンが、クランクシャフトに押付力を加えるためにクランクシャフトと係合して、バネ荷重可能なプランジャに連結されるクランクシャフトにバネ荷重可能なプランジャを第２の速度で解放位置から張力位置まで移動させることを含み、第２の速度は、第１の速度よりも小さい。更なる実施形態において、第２の速度は、バネの荷重(loading)及び除荷(unloading)のための所望のデューティーサイクルを維持するのに十分な、更に、例えば、少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口をそれぞれ介して、所望の量の空気及び／又は液体、及び／又は空気及び液体の混合物を入れ、引き続き放出するのに十分な、速度を含む。

更に他の実施形態において、第２の動作モードは、プランジャが最初にチャンバ内で張力位置に位置付けられること、及び、バネ荷重可能なプランジャのバネが（ａ）プランジャを第１の速度で張力位置から解放位置に作動させること及び（ｂ）クランクシャフトに引張力を加えることに応答して、駆動ピンがクランクシャフトとの係合を失うことを含む。加えて、第３の動作モードは、プランジャが望ましい端位置に到達する前に、最初にチャンバ内の望ましくない端位置に位置するようになること、及び、駆動ピンが、クランクシャフトに押付力を加えるためにクランクシャフトと係合して、バネ荷重可能なプランジャに連結されるクランクシャフトにバネ荷重可能なプランジャを第２の速度で望ましくない端位置から望ましい端位置に移動させ、次に、張力位置に更に移動させることを更に含む。

半自由回転するクランクシャフトアクチュエータの１つの実施形態において、クランク機構は、クランクシャフトとバネ荷重可能なプランジャとの間に連結される接続部材を更に含む。加えて、接続部材の第１の端がクランクシャフトの遠位端に回転可能に連結され、接続部材の第２の端がプランジャの近位端に回転可能に連結される。他の実施形態において、チャンバは、円筒形チャンバを更に含む。加えて、少なくとも１つの入口は、一方向入口弁を含み、少なくとも１つの出口は、一方向出口弁を含む。

更に他の実施形態において、半自由回転するクランクシャフトアクチュエータは、駆動軸の周りで回転可能に駆動させられる駆動ピンが、主面を有する円形駆動ギアを含み、駆動ピンが、主面から垂直に更に延ばされ、駆動軸から所与の径方向距離で円形駆動ギア上に配置されることを含む。更なる実施形態において、駆動軸の周りで回転可能に駆動させられる駆動ピンは、主面を有する駆動レバークランク(drive lever crank)を含み、駆動ピンは、主面から垂直に更に延ばされ、駆動軸から所与の距離で駆動レバークランク上に配置される。一層更なる実施形態において、駆動軸の周りで回転可能に駆動させられる駆動ピンは、主面を有する従動円形駆動ギアと、一方向クラッチであって、駆動軸から所与の径方向距離で円形駆動ギア上に配置される主面から垂直に延びるピンに取り付けられる、その第１の端を有する、（例えば、軸の周りに緊密に取り囲まれるバネを使用する）一方向クラッチとを含み、一方向クラッチの第２の端は、クランクシャフトとの一方向駆動係合のために構成される。

他の実施形態では、口腔ヘルスケア器具が、半自由回転するクランクシャフトアクチュエータであって、少なくとも１つの出口が、誘導先端を有するノズルを受けるように構成される、半自由回転するクランクシャフトアクチュエータと、駆動軸を駆動させるために動作可能なモータと、液体及び気体のうちの少なくとも一方を受け入れる少なくとも１つの貯槽(reservoir)と、（ｉ）モータの動作及び（ｉｉ）ノズルを介して所望の量及び／又は混合の気体及び／又は液体を所与の速度及びデューティーサイクルで放出するための口腔ヘルスケア器具の所与の手順の少なくとも１つの要件に従った流体ポンプアセンブリを介した少なくとも１つの入口への液体及び／又は気体の給送を制御するコントローラとを含む。

更に他の実施形態では、口腔ヘルスケア器具のための半自由回転するクランクシャフト作動をもたらす方法が、チャンバであって、主軸と、チャンバの近位端にあるバネ圧縮停止部を備える内面と、チャンバの遠位端にある少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口とを有する、チャンバを提供することを含む。方法は、チャンバの近位端に近い張力位置とチャンバの遠位端に近い解放位置との間で主軸に沿ってチャンバ内でバネ荷重可能なプランジャを作動させること更に含む。バネ荷重可能なプランジャは、（ｉ）プランジャであって、流体密な関係において主軸に沿ってチャンバの内面を行き来するように構成される、プランジャの遠位端を有する、プランジャと、（ｉｉ）第２の圧縮状態よりも大きい第１の圧縮状態を含む少なくとも２つの圧縮状態を有する、プランジャ（８４）の近位端の上に位置付けられ且つバネ圧縮停止部とプランジャの遠位端との間に位置付けられる、バネとを含む。バネが第１の圧縮状態から第２の圧縮状態に除荷されるのに応答して、バネは、プランジャを第１の速度で張力位置から解放位置に作動させる。解放位置は、（ａ）第１のアクチュエータ状態に応答するチャンバ内の望ましい端位置と、（ｂ）第１のアクチュエータ状態とは異なる第２のアクチュエータ状態に応答する、望ましい端位置とは異なるチャンバ内の望ましくない端位置とを含む。

方法は、クランク機構を介してバネ荷重可能なプランジャを張力位置と解放位置との間で循環させるステップを更に含む。クランク機構は、駆動軸の周りで回転可能に駆動される少なくとも駆動ピンと、駆動軸の周りで半自由に回転可能なクランクシャフトとを含む。クランクシャフトは、バネ荷重可能なプランジャに連結し、（ｉ）クランクシャフトがプランジャを望ましい端位置から張力位置に引っ張ることに応答してバネを第１の圧縮状態に荷重することを含む第１の動作モードにある駆動ピン、（ｉｉ）バネが第１の圧縮状態から第２の圧縮状態に除荷されるのに応答してプランジャを張力位置から解放位置に作動させることを含む第２の動作モードにあるバネ荷重可能なプランジャ、及び（ｉｉｉ）クランクシャフトがプランジャを望ましくない位置から押すことを含む第３の動作モードにある駆動ピンを介して、駆動軸の周りで部分的に駆動させられる。例えば、第３の動作モードは、（ａ）望ましくない端位置から望ましい端位置へのプランジャの不完全な作動を完了させること、及び（ｂ）（例えば、プランジャが望ましい端位置を越えて位置するようになるが、張力位置の前に位置する場合に）プランジャ（８４）を望ましくない端位置から張力位置に移動させることのうちの少なくとも１つを含む。

更なる実施形態において、本方法は、第１のアクチュエータ状態が、チャンバ内の摩擦及び少なくとも１つの出口のあらゆる妨害を克服する解放されたバネ荷重可能なプランジャを含み、第２のアクチュエータ状態が、チャンバ内の摩擦及び／又は少なくとも１つの出口のあらゆる妨害を不完全に克服する解放されたバネ荷重可能なプランジャを含むことを含む。加えて、本方法は、第１の速度が、少なくとも１つの出口を介して、所望の量の空気及び／又は液体、及び／又は空気及び液体の混合物を放出するために、チャンバ内で少なくとも最小の必要とされる圧力を創成するのに十分な速度を含むことを含む。

他の実施形態によれば、第１の動作モードは、プランジャが最初にチャンバ内の望ましい端位置に配置されること、及び、駆動ピンがクランクシャフトに押付力を加えるためにクランクシャフトと係合して、バネ荷重可能なプランジャに連結されるクランクシャフトにバネ荷重可能なプランジャを第２の速度で解放位置から張力位置に移動させることを含み、第２の速度は、第１の速度よりも小さい。第２の動作モードは、プランジャが最初にチャンバ内で張力位置に位置付けられること、及び、バネ荷重可能なプランジャのバネが（ａ）プランジャを第１の速度で張力位置から解放位置に作動させること及び（ｂ）クランクシャフトに引張力を加えることに応答して、駆動ピンがクランクシャフトとの係合を失うことを含む。加えて、第３の動作モードは、プランジャが望ましい端位置に到達する前に、最初にチャンバ内の望ましくない端位置に位置するようになること、及び、駆動ピンが、クランクシャフトに押付力を加えるためにクランクシャフトと係合して、バネ荷重可能なプランジャに連結されるクランクシャフトにバネ荷重可能なプランジャを第２の速度で望ましくない端位置から望ましい端位置に移動させ、次に、張力位置に更に移動させることを更に含む。更に、第２の速度は、バネを荷重及び除荷するために所望のデューティーサイクルを維持するのに十分な、更に、所望の量の空気及び／又は液体を入力し、引き続き放出するのに十分な速度を含む。

利点及び利益は、以下の詳細な既述を読んで理解した後に当業者に明らかになるであろう。

本開示の実施形態は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの配置並びに様々なステップ及びステップの配置において具体化することがある。従って、図面は様々な実施形態を例示する目的のためにあり、実施形態を限定するものとして解釈されてはならない。図面において、同等の参照番号は同等の要素を指している。加えて、図面は原寸通りに描かれていないことが留意されるべきである。

本開示のある実施形態に従った口腔洗浄デバイスの形態の口腔ヘルスケア器具の斜視図である。

従来技術の器具の既知のアクチュエータドライブトレーンの様々なコンポーネントを示す部分切欠側面図である。

意図されるドライブトレーン作動の様々な段階において示す本開示のある実施形態に従った口腔ヘルスケア器具のためのバネ荷重可能なプランジャにプレストレスを与え且つバネ荷重可能なプランジャを迅速解放する半自由回転するクランクするシャフトアクチュエータのコンポーネントを例示する概略図である。 意図されるドライブトレーン作動の様々な段階において示す本開示のある実施形態に従った口腔ヘルスケア器具のためのバネ荷重可能なプランジャにプレストレスを与え且つバネ荷重可能なプランジャを迅速解放する半自由回転するクランクシャフトアクチュエータのコンポーネントを例示する概略図である。 意図されるドライブトレーン作動の様々な段階において示す本開示のある実施形態に従った口腔ヘルスケア器具のためのバネ荷重可能なプランジャにプレストレスを与え且つバネ荷重可能なプランジャを迅速解放する半自由回転するクランクシャフトアクチュエータのコンポーネントを例示する概略図である。

図３のアクチュエータの作動中のドライブトレーンプランジャの異常な又は意図されない状態を克服するように構成された半自由回転するクランクシャフトアクチュエータの意図されるドライブトレーン作動の一例を例示する概略図であり、異常な又は意図されない状態は、例えば、プランジャシールの摩擦及び／又は出力ノズルの妨害及び／又は他の原因の故に異なり得る、バネ方向に抗してプランジャに作用する力に応答して生じる。

本開示の１つの実施形態に従ったアクチュエータの主軸に沿って取られた切欠斜視図である。

本開示の１つの実施形態に従ったアクチュエータの主軸に沿って取られた拡大切欠斜視図である。

本開示の他の実施形態に従った口腔ヘルスケア器具のためのバネ荷重可能なプランジャにプレストレスを与え且つバネ荷重可能なプランジャを迅速解放する半自由回転するクランクシャフトアクチュエータの様々なコンポーネントを例示する概略図である。

本開示のある実施形態に従った図７の線８−８に沿って取られた半自由回転するクランクシャフトアクチュエータの様々なコンポーネントの概略図である。

図７の口腔ヘルスケア器具のための半自由回転するクランクシャフトアクチュエータの意図されるドライブトレーン作動の様々な段階を例示する概略図である。 図７の口腔ヘルスケア器具のための半自由回転するクランクシャフトアクチュエータの意図されるドライブトレーン作動の様々な段階を例示する概略図である。 図７の口腔ヘルスケア器具のための半自由回転するクランクシャフトアクチュエータの意図されるドライブトレーン作動の様々な段階を例示する概略図である。

図９Ａ〜図９Ｃのアクチュエータの作動中のドライブトレーンプランジャの異常な又は意図されない状態を克服するように構成された半自由回転するクランクシャフトアクチュエータの意図されるドライブトレーン作動の一例を例示する概略図であり、異常な又は意図されない状態は、例えば、プランジャシールの摩擦及び／又は出力ノズルの妨害及び／又は他の原因の故に異なり得る、バネ方向に抗してプランジャに作用する力に応答して生じる。

本開示の他の実施形態に従った口腔ヘルスケア器具のための半自由回転するクランクシャフトアクチュエータの駆動ピン及びクランクシャフト構成を含むクランク機構の分解概略図である。

本開示のある実施形態に従った図１１の半自由回転するクランクシャフトアクチュエータのためのクランク機構の概略図である。

本開示の実施形態及びそれらの様々な特徴及び有利な詳細は、図面に記載及び／又は例示し且つ以下の記述において詳述する非限定的な例を参照してより十分に説明される。図面に例示される特徴は必ずしも原寸通りに描かれておらず、１つの実施形態の特徴は、たとえ本明細書に明示的に述べられていないとしても、当業者が認識するように他の実施形態と共に利用されてよいことが留意されるべきである。本開示の実施形態を不必要に不明瞭にしないために、周知のコンポーネント及び処理技術の記述は省略されることがある。本明細書で使用する例は、本発明の実施形態を実施することがある方法の理解を容易にし且つ当業者が同じことを実施するのを更に可能にするよう意図されているに過ぎない。従って、本明細書の例は、添付の請求項及び適用法によってのみ定められる本開示の実施形態の範囲を限定するものと解釈されてはならない。

本開示の実施形態は、本明細書に記載する特定の方法論、プロトコル、デバイス、装置、材料、用途などに限定されないことが理解されよう。何故ならば、これらは異なることがあるからである。本明細書で使用する用語は、特定の実施形態のみを記載する目的のために使用されており、特許請求するような実施形態の範囲を限定することを意図しないことも理解されよう。本明細書及び添付の請求項で使用するとき、単数形の表現は、文脈が明らかに他のことを示さない限り、複数形を含むことが留意されるべきである。

他に定義されない限り、本明細書で使用する全ての技術用語及び科学用語は、本開示の実施形態が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。好ましい方法、デバイス及び材料を記載するが、本明細書に記載する方法及び材料と類似の又は均等な任意の方法及び材料を実施形態の実施又は試験において使用することができる。

ここで図１を参照すると、本開示のある実施形態に従った口腔洗浄デバイス(oral irrigator device)の形態の、口腔ヘルスケア器具１１０(oral healthcare appliance)の斜視図が示されている。口腔洗浄デバイス１１０は、誘導先端１１４(guidance tip)を備えるノズル１１２を含む。口腔洗浄デバイス１１０は、電源オン／オフボタン１１６と、作動ボタン１１８(activation button)と、人間工学的ハンドル１２０と、少なくとも１つの液体貯槽１２２と、本明細書で議論するような半自由回転するクランクシャフトアクチュエータ８０(semi-free rotating crankshaft actuator)と、制御エレクトロニクス１２４(control electronics)とを含む。

動作中、デバイス１１０がオン／オフボタン１１６によってオンにされると、作動ボタン１１８を押すことは、流体を液滴の形態で貯槽１２２からノズル１１２の誘導先端１１４のオリフィス１２６に更にポンピングするために、ポンプ８０が本明細書で議論するように動作可能であるようにさせる。制御エレクトロニクス１２４（又はコントローラ）は、口腔洗浄装置１１０と共に半自由回転するクランクシャフトアクチュエータ８０の１つ又はそれよりも多くの動作モードを実行するための、１つ又はそれよりも多くのモジュールを更に含むことができる。

既知の従来技術のデバイスのラックアンドピニオン駆動機構１０の部分切欠側面図を例示する図２をここで参照する。装置は、高いトルクを提供するように構成されたモータ２０を含み、モータ２０は、モータ駆動ギア２２を取り付ける出力シャフト（図示せず）を含む。モータ駆動ギアは、複合ピニオンギア３８(compound pinion gear)と係合し、複合ピニオンギアは、２つの部分、即ち、（ｉ）その周囲の約半分の周りに歯のセットを含む第１の部分と、（ｉｉ）歯を有さない第２の部分とを有する。ピニオンギア３８は、ガスシリンダ１２の近位端内に位置付けられる線形ラック部材６２と噛み合う。ラック部材６２は、その上面に離間した歯のセットを含む。ラック部材６２の遠位端は、ガスシリンダ１２の内面と流体密な関係において噛み合うシール部材又はプランジャ６４を含む。プランジャ６４でラック６２の遠位端から延び且つその上で長さの大部分に沿ってラックを取り囲むのは圧縮バネ６６である。圧縮バネ６６の近位端６８は、シリンダ１２の本体部分内に配置される停止要素７０に対して位置付けられる。

図２に示す構成は、圧縮バネ６６が圧縮され、空気がプランジャ６４によってシリンダ１２内に引き込まれ、プランジャ６４がラックギア６２によって後方に移動させられるときの、デバイスの状態を表している。更なる動作では、歯が最早ラックギア６２と相互作用しなくなるまで回転するピニオンギア３８に応答して、プランジャ６４は、バネ６６によって前向き方向（即ち、図の右側）に押され、シリンダ１２内の空気７２を一方向入口／出口弁７３，７４を通じて出させ、一方向入口／出口弁で空気は水と混合されて、ノズル１１２に向かって推進される液滴を形成する。

しかしながら、この種類のラックアンドピニオンギア機構には特定の限界がある。顕著には、液滴の反復的なバーストの速度は、その機構の速度によって制限され、デバイスをより迅速に作動させようとする試みは、時期尚早に摩耗する或いは動かなくなる(jam)ラックアンドピニオン歯車機構をもたらすことがある。従って、液滴を形成するために空気を駆動するための異なる種類の機構が望まれる。本発明は、デバイスのための所望の改良された機能性を提供する半自由回転するクランクシャフトアクチュエータ(semi-free rotating crankshaft actuator)を利用する。ピストンはバネ力によって自由に前方に動くことができるが、ドライブトレーンとの接続は決して失われない。ピストンが引き戻される必要がある瞬間に、ドライブトレーンはピストンストロークが最初に完了させられることも保証する。

ここで図３Ａを参照すると、シリンダ又はチャンバ８２と、バネ８６を備えるバネ荷重可能なプランジャ８４と、本開示のある実施形態に従った口腔ヘルスケア器具のためのバネ荷重可能なプランジャにプリストレスを与え且つバネ荷重可能なプランジャを迅速に解放する、クランク−ロッド機構８８とを含む、半自由回転するクランクシャフトアクチュエータ８０の様々なコンポーネントを例示する、概略図が示されている。半自由回転するクランクシャフトアクチュエータ８０は、駆動ギア又はホイール９２上に駆動ピン９０又はペグを有するバネ荷重可能プランジャ８４（またはバネ荷重されるピストン）とのクランク−ロッド機構８８の組み合わせを含む。駆動ピン９０は、半自由回転するクランクシャフト９４を駆動軸９６の周りで押し、クランクシャフト９４は、図４を参照して本明細書で更に議論するように、プランジャ８４が前方移動段階において動かなくなる場合に、プランジャ８４をその意図される位置に進めるために、接続ロッド９８を介してプランジャ８４に連結される。図３Ａに示すように、駆動ピン９０は、駆動ギア９２及び半自由に回転可能なクランクシャフト９４(semi-freely rotatable crank shaft)と連結する。半自由に回転可能なクランクシャフト９４は、駆動ギア９２の駆動軸９６上に同軸上に取り付けられ、それは駆動ギア９２とは独立して回転することができる（即ち、それは駆動軸９６の周りで自由に回転可能であり、駆動ピン９０を考慮すると駆動軸９６の周りで半自由に回転可能である）。

ここで図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃを参照すると、口腔ヘルスケア器具のための半自由回転するクランクシャフトアクチュエータの意図されたドライブトレーン動作の様々な段階を例示する、幾つかの概略図が示されている。図３Ａでは、バネ８６を圧縮及び／又は荷重するために、プランジャ８４が、クランクシャフト９４と係合し且つ押す駆動ピン９０を回転させる駆動ギア９２を介して引っ張られる。図３Ｂにおいて、駆動ギア９２が継続的に回転すると、駆動ピン９０はクランクシャフト９４の上死点位置をちょうど越えるまでクランクシャフト９４を押し、然る後、バネ８６は解放されるようになり、引張力を介してクランクシャフト９４を駆動させることを引き継ぐ。加えて、クランクシャフト９４は、駆動ピン９０から離れる方向に引っ張られ、駆動ピン９０との接触を失う。プランジャ８４もバネ８６の解放によって移動させられ、クランクシャフト９４によって反対方向に移動させられるときよりも速い速度で更に移動させられる。図３Ｃにおいて、プランジャ８４の閉塞が起こらないならば、バネ８６は、図面に示すように、プランジャ８４をその所望の端位置まで駆動させる。然る後、サイクルは、上記において図３Ａ及び図３Ｂを参照して議論したように再び繰り返す。

ここで図４を参照すると、図３Ａ〜３Ｃのアクチュエータの作動中のドライブトレーンアクチュエータの異常な又は意図されない状態を克服するように構成された半自由回転するクランクシャフトアクチュエータの意図されるドライブトレーン作動の例を例示する、概略図が示されており、異常な又は意図されない状態は、例えば、プランジャの摩擦及び／又は出力ノズルの妨害(obstruction)及び／又は他の原因の故に異なり得る、バネ方向に抗してプランジャに対して作用する力に応答して生じる。図３Ｂを参照して本明細書で議論するように、駆動ピン９０が、クランクシャフト９４の上死点位置をちょうど越えるまでクランクシャフト９４を押すと、バネ８６は解放されるようになり、引張力を介してクランクシャフト９４を駆動させることを引き継ぐ。加えて、クランクシャフト９４は、駆動ピン９０から離れる方向に引っ張られ、駆動ピン９０との接触を失う。プランジャ８４もバネ８６の解放によって移動させられる。プランジャ８４がその所望の端位置に到達する前に、プランジャがブロックされるならば、駆動ホイール９２の継続的な回転は、プランジャ８４をその所望の端位置まで駆動する押付力を介して、駆動ピン９０をクランクシャフト９４に追いつかせ、クランクシャフト９４を駆動させる。然る後、サイクルは、上述の図３Ａ及び図３Ｂを参照して議論したように、バネ８６を再び圧縮することによって繰り返す。同様に、バネが解放されることに続いて、プランジャが所望の端位置に移動させられ、次に跳ね返って、意図されない端位置で動かなくなる状況が起こり、それは所望の端位置の後であるが、張力位置(tensioned position)の前に起こる。後者の場合、駆動ホイール９２の継続的な回転は、プランジャ８４を望ましくない端位置から張力位置(tensioned position)に駆動する押付力(pushing force)を介して、駆動ピン９０をクランクシャフト９４に追いつかせ、クランクシャフト９４を駆動させる。

本明細書で議論する実施形態は、様々な利点をもたらす。例えば、クランク機構８８のクランクシャフト９４は、ひとたび解放されると、バネ８６によって自由に前方に移動し得るので、高い圧力蓄積及び高い噴霧(spray)／噴射(jet)速度をもたらす高い前進ピストン速度を実現することができる。加えて、ピストン又はプランジャ８４とクランク機構８８のドライブトレーンとの間の物理的接触は決して失われないので、本開示の実施形態は、バネ圧縮中のドライブトレーンのコンポーネントの不一致(mismatch)を有利に克服し、バネ圧縮中のドライブトレーンのコンポーネントの不一致を被らない。更に、駆動ピン９０が存在するので、本明細書で説明するように、ピストン又はプランジャ８４が前方に移動するときに、ロッキング(locking)の問題は生じない。

ここで図５及び図６を参照すると、本開示の１つの実施形態に従ったアクチュエータ８０の主軸に沿って取られた切欠斜視図が示されている。

ここで図７を参照すると、本開示の他の実施形態に従った口腔ヘルスケア器具のための、バネ荷重可能なプランジャ８４にプリストレスを与え且つバネ荷重可能なプランジャ８４を迅速解放する(quick release)半自由回転するクランクシャフトアクチュエータ８０の様々なコンポーネントを示す、概略図が示されている。ピン９０が、駆動部材１９２を介して、外部トルク（図示せず）によって駆動される軸９６に固定されている。軸９６は、枠組（フレーミング）又はハウジング部材１００を介して支持されている。クランク９４が軸９６の周りで自由に回転し得るよう、クランク９４は軸９６に取り付けられる。クランク９４が軸９６よりも遅く動き、ピン９０が係合し、次に、クランク９４を駆動させる場合において、クランク９４及び軸９６の回転は結合される。クランク機構は、プランジャ８４に取り付けられる接続ロッド９８を更に駆動する。プランジャ８４は、シリンダ８２内で移動し、バネ８６によってその外側位置に向かって押される。図８は、図７の線８−８に沿って取られた半自由回転するクランクシャフトアクチュエータの様々なコンポーネントの概略図を示している。

ここで図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃを参照すると、図７の口腔ヘルスケア器具のための半自由回転するクランクシャフトアクチュエータ８０の意図されたドライブトレーン作動の様々な段階を例示する概略図が示されている。図９Ａでは、バネ８６を圧縮及び／又は荷重するために、プランジャ８４は、駆動ピン９０を回転させる駆動部材１９２を介して引っ張られ、駆動ピン９０はクランクシャフト９４と係合し且つ押す。図９Ｂにおいて、駆動部材１９２の継続的な回転に伴い、駆動ピン９０は、クランクシャフト９４の上死点位置をちょうど越えるまでクランクシャフト９４を押し、然る後、バネ８６は解放されるようになり、引張力を介してクランクシャフト９４を駆動することを引き継ぐ。加えて、クランクシャフト９４は、駆動ピン９０から離れる方向に引っ張られ、駆動ピン９０との接触を失う。プランジャ８４は、バネ８６の解放によっても移動させられ、クランクシャフト９４によって反対方向に移動させられるときよりも速い速度で更に移動させられる。図９Ｃにおいて、プランジャ８４の妨害(blocking)が起こらないならば、バネ８６は、プランジャ８４を、図面に示すように、その所望の端位置まで駆動する。然る後、サイクルは、上述の図９Ａ及び図９Ｂを参照して議論したように再び繰り返す。

ここで図１０を参照すると、図９のアクチュエータの作動中のドライブトレーンの異常な又は意図されない状態を克服するように構成された半自由回転するクランクシャフトアクチュエータ８０の意図されるドライブトレーン動作の一例を例示する概略図が示されており、異常な又は意図されない状態は、プランジャシールの摩擦又は出力ノズルの妨害の故に変化し得るバネ方向に抗してプランジャに作用する力に応答して生じる。図９Ｂを参照して議論したように、駆動ピン９０が、クランクシャフト９４の上死点位置をちょうど越えるまでクランクシャフト９４を押すと、バネ８６は解放され、引張力を介してクランクシャフト９４を駆動させることを引き継ぐ。加えて、クランクシャフト９４は、駆動ピン９０から離れる方向に引っ張られ、駆動ピン９０との接触を失う。プランジャ８４は、バネ８６の解放によっても移動させられる。プランジャが所望の端位置に到達する前に、プランジャ８４がブロックされると、駆動部材１９２の継続的な回転は、プランジャ８４をその所望の端位置まで駆動する押付力を介して、駆動ピン９０をクランクシャフトに追いつかせ、駆動ピン９０を駆動させる。然る後、サイクルは、上述の図９Ａ及び図９Ｂを参照して議論したように、バネを再び圧縮することによって繰り返す。同様に、バネが解放されることに続いて、プランジャが所望の端位置まで移動させられ、次に跳ね返って、望ましくない端位置で動かなくなり、それは所望の端位置の後であるが、張力位置の前に起こる。後者の場合、駆動部材１９２の継続的な回転は、駆動ピン９０を、プランジャ８４を望ましくない端位置から張力位置に駆動する押付力を介して、クランクシャフト９４に追いつかせ、クランクシャフト９４を駆動させる。

ここで図１０を参照すると、本開示の他の実施形態に従った口腔ヘルスケア器具のための半自由回転するクランクシャフトアクチュエータの駆動ピン及びクランクシャフト構成を含むクランク機構８８の分解概略図が示されている。図１０の実施形態は、以下の相違点を伴って、本明細書で以前に議論した実施形態と類似する。駆動軸９６及びクランク９４は、一方向継手(one way coupling)を介して連結されている。一方向継手は、例えば、ピン１９０と、軸の周りに緊密に巻回され且つ所与のクランク機構及び半自由回転アクチュエータ実施に要求されることがあるような所望のバネ特性を有するバネを使用する一方向クラッチ１９１(one-way clutch)（即ち、一方向クラッチ(one-directional clutch)）とを含む。ピン１９０は、クランク機構８８の従動円形駆動ギア９２に固定的に取り付けられる。換言すれば、駆動軸９６の周りで回転可能に駆動させられる駆動ピンは、主面(principal surface)を有する従動円形駆動ギア９２と、一方向クラッチ１９１とを含み、一方向クラッチ１９１は、駆動軸から所与の径方向距離で円形駆動ギア上に配置される主面から垂直に延びるピン１９０に取り付けられるその第１の端を有し、一方向クラッチ１９１の第２の端は、クランクシャフト９４との一方向駆動係合のように構成される。図１２は、図１１の半自由回転するクランクシャフトアクチュエータのためのクランク機構８８の概略図を示している。

「含む」(“comprising”)及び「含む」(“comprises”)及び同等表現は、請求項又は明細書全体に列挙される要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除しない。ある要素についての単数の言及は、そのような要素の複数の言及を排除せず、逆も同様である。実施形態の１つ又はそれよりも多くは、幾つかの別個の要素を含むハードウェアを用いて及び／又は適切にプログラムされたコンピュータを用いて実施されてよい。幾つかの手段を列挙するデバイスの請求項において、これらの手段のうちの幾つかは、１つの同じハードウェア品目によって具現されてよい。特定の手段が相互に異なる従属項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用し得ないことを示さない。

Claims (15)

1. 口腔ヘルスケア器具のためのクランクシャフトアクチュエータであって、
   チャンバと、
   バネ荷重可能なプランジャアセンブリと、
   クランク機構とを含み、
   前記チャンバは、主軸と、前記チャンバの近位端にあるバネ圧縮停止部を備える内面と、前記チャンバの遠位端にある出口とを有し、
   前記バネ荷重可能なプランジャアセンブリは、前記チャンバの前記近位端に近い張力位置と前記チャンバの前記遠位端に近い解放位置との間で前記主軸に沿って前記チャンバ内で作動可能であり、（ｉ）流体密な関係において前記主軸に沿って前記チャンバの前記内面を行き来するように構成される、遠位端を有するプランジャと、（ｉｉ）前記張力位置に対応する第１の圧縮状態と、前記解放位置に対応する第２の圧縮状態とを含む、少なくとも２つの圧縮状態を有する、前記プランジャの近位端の上に位置付けられ且つ前記バネ圧縮停止部と前記プランジャの前記遠位端との間に位置付けられる、バネとを含み、該バネは、前記第１の圧縮状態から前記第２の圧縮状態に除荷されるのに応答して、前記プランジャを第１の速度で前記張力位置から前記解放位置に作動させ、前記解放位置は、第１のアクチュエータ状態に応答する前記チャンバ内の意図された端位置と、前記第１のアクチュエータ状態とは異なる第２のアクチュエータ状態に応答する、前記意図された端位置とは異なる、前記チャンバ内の前記解放位置と前記張力位置との間の中間の意図されない端位置とを含み、
   前記クランク機構は、前記プランジャを前記張力位置と前記解放位置との間で循環させるために前記プランジャに連結され、前記クランク機構は、少なくとも、駆動軸について回転可能に駆動される駆動ピンと、前記駆動軸について回転可能なクランクシャフトとを含み、該クランクシャフトは、前記プランジャに連結し、前記クランクシャフトは、
   （ｉ）前記クランクシャフトが前記プランジャを前記意図された端位置から前記張力位置に引っ張るのに応答して前記バネを前記第１の圧縮状態に荷重することを含む第１の動作モードにおいて、前記駆動ピンを介して前記駆動軸について駆動させられ、且つ
   （ｉｉ）前記バネが前記第１の圧縮状態から前記第２の圧縮状態に除荷されるのに応答して前記プランジャを前記張力位置から前記解放位置に作動させることを含む第２の動作モードにおいて、前記プランジャを介して前記駆動軸について駆動させられる、
   クランクシャフトアクチュエータ。
2. 前記第１の動作モードは、前記プランジャが最初に前記チャンバ内の前記意図された端位置に配置されること、及び、前記駆動ピンが、前記クランクシャフトに押付力を加えるために前記クランクシャフトと係合して、前記プランジャに連結される前記クランクシャフトに前記プランジャを第２の速度で前記解放位置から前記張力位置に移動させることを含み、前記第２の速度は、前記第１の速度よりも小さい、請求項１に記載のクランクシャフトアクチュエータ。
3. 前記第２の速度は、前記バネを荷重及び除荷するための所望のデューティーサイクルを維持するのに十分な、更に、所望の量の空気及び／又は液体を入れ、引き続き放出するのに十分な速度を含む、請求項２に記載のクランクシャフトアクチュエータ。
4. 前記第２の動作モードは、前記プランジャが最初に前記チャンバ内で前記張力位置に位置付けられること、及び、前記プランジャの前記バネが（ａ）前記プランジャを前記第１の速度で前記張力位置から前記解放位置に作動させること及び（ｂ）前記クランクシャフトに引張力を加えることに応答して、前記駆動ピンが前記クランクシャフトとの係合を失うことを含む、請求項１に記載のクランクシャフトアクチュエータ。
5. 前記バネ荷重可能なプランジャアセンブリは、前記プランジャが前記意図された端位置に到達する前に、最初に前記チャンバ内の前記意図されない端位置に位置するようになること、及び、前記駆動ピンが、前記クランクシャフトに押付力を加えるために前記クランクシャフトと係合して、前記プランジャに連結される前記クランクシャフトに前記プランジャを第２の速度で前記意図されない端位置から前記意図された端位置に移動させ、次に、前記張力位置に更に移動させることを含む、第３の動作モードを更に含む、請求項１に記載のクランクシャフトアクチュエータ。
6. 前記クランク機構は、前記クランクシャフトと前記プランジャとの間に連結される接続部材を更に含む、請求項１に記載のクランクシャフトアクチュエータ。
7. 前記接続部材の第１の端が前記クランクシャフトの遠位端に回転可能に連結され、前記接続部材の第２の端が前記プランジャの近位端に回転可能に連結される、請求項６に記載のクランクシャフトアクチュエータ。
8. 前記駆動軸について回転可能に駆動させられる前記駆動ピンは、主面を有する円形駆動ギアを含み、前記駆動ピンは、前記主面から垂直に更に延ばされ、前記駆動軸から所与の径方向距離で前記円形駆動ギア上に配置される、請求項１に記載のクランクシャフトアクチュエータ。
9. 前記駆動軸について回転可能に駆動させられる前記駆動ピンは、前記駆動軸から所与の距離で駆動レバークランク上に配置され、該駆動レバークランクは、主面を含み、前記駆動ピンは、前記主面から垂直に更に延ばされる、請求項１に記載のクランクシャフトアクチュエータ。
10. 前記駆動軸について回転可能に駆動させられる前記駆動ピンは、主面を有する従動円形駆動ギアと、一方向クラッチであって、前記駆動軸から所与の径方向距離で前記従動円形駆動ギア上に配置される前記主面から垂直に延びるピンに取り付けられる、一方向クラッチの第１の端を有する、一方向クラッチとを含み、該一方向クラッチの第２の端は、前記クランクシャフトとの一方向駆動係合のために構成される、請求項１に記載のクランクシャフトアクチュエータ。
11. 請求項１に記載のクランクシャフトアクチュエータであって、前記チャンバの前記遠位端にある前記出口は、誘導先端を有するノズルを受けるように構成される、クランクシャフトアクチュエータと、
    液体及び気体のうちの少なくとも一方を受け入れる少なくとも１つの貯槽と、
    前記クランクシャフトアクチュエータの前記駆動軸を駆動させ且つ前記少なくとも１つの貯槽から前記チャンバに液体及び気体のうちの少なくとも一方を給送するよう動作可能なモータと、
    該モータの動作を制御するコントローラとを含む、
    口腔ヘルスケア器具。
12. 口腔ヘルスケア器具のためのクランクシャフト作動をもたらす方法であって、
    チャンバを提供するステップであって、前記チャンバは、主軸と、前記チャンバの近位端にあるバネ圧縮停止部を備える内面と、前記チャンバの遠位端にある少なくとも１つの出口とを有する、ステップと、
    前記チャンバの前記近位端に近い張力位置と前記チャンバの前記遠位端に近い解放位置との間で前記主軸に沿って前記チャンバ内でバネ荷重可能なプランジャアセンブリを作動させるステップであって、該バネ荷重可能なプランジャアセンブリは、（ｉ）流体密な関係において前記主軸に沿って前記チャンバの前記内面を行き来するように構成される、遠位端を有するプランジャと、（ｉｉ）前記張力位置に対応する第１の圧縮状態と、前記解放位置に対応する第２の圧縮状態とを含む、少なくとも２つの圧縮状態を有する、前記プランジャの近位端の上に位置付けられ且つ前記バネ圧縮停止部と前記プランジャの前記遠位端との間に位置付けられる、バネとを含み、前記バネは、前記第１の圧縮状態から前記第２の圧縮状態に除荷されるのに応答して、前記プランジャを第１の速度で前記張力位置から前記解放位置に作動させ、該解放位置は、（ａ）第１のアクチュエータ状態に応答する前記チャンバ内の意図された端位置と、（ｂ）前記第１のアクチュエータ状態とは異なる第２のアクチュエータ状態に応答する、前記意図された端位置とは異なる、前記チャンバ内の前記解放位置と前記張力位置との間の中間の意図されない端位置とを含む、ステップと、
    クランク機構を介して前記プランジャを前記張力位置と前記解放位置との間で循環させるステップであって、前記クランク機構は、少なくとも、駆動軸について回転可能に駆動される駆動ピンと、前記駆動軸について回転可能なクランクシャフトとを含み、該クランクシャフトは、前記プランジャに連結し、前記クランクシャフトは、（ｉ）前記クランクシャフトが前記プランジャを前記意図された端位置から前記張力位置に引っ張ることに応答して前記バネを前記第１の圧縮状態に荷重することを含む第１の動作モードにおいて、前記駆動ピンを介して前記駆動軸について駆動させられ、且つ（ｉｉ）前記バネが前記第１の圧縮状態から前記第２の圧縮状態に除荷されるのに応答して前記プランジャを前記張力位置から前記解放位置に作動させることを含む第２の動作モードにおいて、前記プランジャを介して前記駆動軸について駆動させられる、ステップとを含む、
    方法。
13. 前記第１の速度は、所望の量の空気、液体、又は空気及び液体の混合物を放出するために、前記チャンバ内で少なくとも最小の所要の圧力を創り出すのに十分な速度を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１の動作モードは、前記プランジャが最初に前記チャンバ内の前記意図された端位置に配置されること、及び、前記駆動ピンが前記クランクシャフトに押付力を加えるために前記クランクシャフトと係合して、前記プランジャに連結される前記クランクシャフトに前記プランジャを第２の速度で前記解放位置から前記張力位置に移動させることを含み、前記第２の速度は、前記第１の速度よりも小さく、
    前記第２の動作モードは、前記プランジャが最初に前記チャンバ内で前記張力位置に位置付けられること、及び、前記プランジャの前記バネが（ａ）前記プランジャを前記第１の速度で前記張力位置から前記解放位置に作動させること及び（ｂ）前記クランクシャフトに引張力を加えることに応答して、前記駆動ピンが前記クランクシャフトとの係合を失うことを含み、
    第３の動作モードは、前記プランジャが前記意図された端位置に到達する前に、最初に前記チャンバ内の前記意図されていない端位置に位置するようになること、及び、前記駆動ピンが、前記クランクシャフトに押付力を加えるために前記クランクシャフトと係合して、前記プランジャに連結される前記クランクシャフトに前記プランジャを前記第２の速度で前記意図されていない端位置から前記意図された端位置に移動させ、次に、前記張力位置に更に移動させることを更に含む、
    請求項１２に記載の方法。
15. 前記第２の速度は、前記バネを荷重及び除荷するために所望のデューティーサイクルを維持するのに十分な、更に、所望の量の空気及び／又は液体を入力し、引き続き放出するのに十分な、速度を含む、請求項１４に記載の方法。

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