JP7324748B2 - 個人衛生装置 - Google Patents

Description

本開示は、ハンドルと、モータキャリアと、を有する、個人衛生装置に関し、モータキャリアは、モータキャリアと堅固に接続された処置ヘッドに外部処置力が印加されたときに、枢動軸の周りで枢動運動するように取り付けられている。

電動歯ブラシは、共振モータを装備することができ、共振モータは、固定子部分及び電機子部分と、固定子部分と電機子部分との間に配置されたばねユニットと、を有することが知られている。次いで、固定子部分は、個人衛生装置のハンドルと固定的に接続され、電機子部分は、電動歯ブラシのブラシヘッドと接続される。共振モータは、交流電磁場（alternating electromagnet field）を提供するためのコイルユニットと、交流電磁場と相互作用するための永久磁石ユニットと、を備える。移動モータ部分との電気的接続を回避するために、コイルユニットは、共振モータの固定子部分に対して固定的に取り付けられ得、次いで、永久磁石ユニットは、共振モータの電機子部分に固定的に取り付けられ得る。記載されるモータは、質量及びばね定数によって特徴付けることができ、質量は、外部周期力によって揺動運動に励起される。このようなばね・質量系は、共振挙動を有し、すなわち、質量及びばね定数を意味するモータ設計に応じて、周期的な外力の周波数がばね・質量系の固有振動数又は共振周波数にあるときに電機子部分の振幅は最大になる。モータの電機子部分は、ブラシヘッドにおいて処置方向に作用する外部処置力が、処置ヘッド及び電機子部分全体を枢動点の周りで移動させるように、ハンドルに対して枢動可能に取り付けられ得ることも知られている。ホールセンサユニットを電機子部分の永久磁石に近接させて配置することも知られており、このホールセンサユニットは、動作中に永久磁石の揺動運動を監視し、更に、外部処置力の印加時に永久磁石の更なる（具体的には非周期的、及び不規則として説明する方が適切である）運動を監視する。外部処置力の値に関する知識は、印加された力が高すぎる、低すぎる、又はまさに正確であることをユーザに伝えるのに役立ち得る。国際公開第２０１４／１４０９５９（Ａ１）号は、概して、考察されたタイプの電動歯ブラシを開示している。

記載された電動歯ブラシでは、ホールセンサユニットは、永久磁石ユニットの組み合わされた運動を監視しなければならず、この組み合わされた運動は、共振モータの電機子部分の一部としての永久磁石の少なくとも励起された周期運動と、外部処置力によって引き起こされる追加の運動の重ね合わせである。ホールセンサの感度範囲は、組み合わされた運動に適応することができるように適合されなければならず、すなわち、ホールセンサは、組み合わされた運動の全範囲に対して感知可能な信号を提供するように適合されなければならない。

国際公開第２０１４／１４０９５９（Ａ１）号

したがって、本開示の目的は、外部処置力の値の測定が簡略化され、特に、ホールセンサの感度範囲が、印加された外部処置力の結果である枢動運動の測定に最適に適合され得る、共振モータを有する個人衛生装置を提供することである。

少なくとも１つの態様によれば、個人衛生装置であって、ハンドルと、処置ヘッドと、モータキャリアであって、ハンドル内に配設され、かつハンドルとモータキャリアとの間に配設された少なくとも１つのばね要素に対して枢動取り付けされている、モータキャリアと、モータキャリアに固定的に取り付けられた固定子部分と、モータキャリアに対する運動を可能にするためにモータキャリアにばね式に取り付けられた電機子部分と、を有し、電機子部分は、処置ヘッドと接続されて処置ヘッドに運動を伝達する駆動シャフトと連結されている、モータであって、ブラシヘッドに処置方向に作用する外部処置力が、枢動軸の周りでのモータキャリアの、ハンドルに対する枢動をもたらし、モータが、モータ永久磁石と、動作中に駆動シャフトの振動運動が励起されるようにモータ永久磁石と相互作用する交流電磁場を提供するためのコイル要素と、を備えている、モータと、ハンドル又はモータキャリアに固定された関係で取り付けられているホールセンサと、具体的には円筒形状のセンサ永久磁石であって、ハンドル又はモータキャリアのうちの他方に固定された関係で取り付けられており、これにより、モータキャリアの枢動運動が、センサ永久磁石とホールセンサとの間の相対運動をもたらすようになっている、センサ永久磁石と、を備える、個人衛生装置が提供される。

少なくとも１つの態様によれば、個人衛生装置であって、ハンドルと、処置ヘッドと、ハンドル内に配設され、かつ処置ヘッドに運動を伝達するように構成されたモータキャリア上に固定的に取り付けられたモータであって、モータキャリアが、ハンドルとモータキャリアとの間に配設された少なくとも１つのばね要素に対して枢動取り付けされることにより、処置ヘッドに処理方向に作用する外部処置力が、枢動軸の周りでのモータキャリアの、ハンドルに対する枢動をもたらす、モータと、ハンドル又はモータキャリアに固定された関係で取り付けられているホールセンサと、具体的には円筒形状のセンサ永久磁石であって、ハンドル又はモータキャリアのうちの他方に固定された関係で取り付けられており、これにより、モータキャリアの枢動運動が、センサ永久磁石とホールセンサとの間の相対運動をもたらすようになっている、センサ永久磁石と、を備える、個人衛生装置が提供される。

本開示は、図面を参照した例示的な実施形態の詳細な説明及び考察によって更に明らかになる。図中、
本開示による例示的な個人衛生装置の描写である。 本開示による個人衛生装置の一部を通る断面図である。 同軸に整列されたセンサ永久磁石とホールセンサとの間の関係の概略図である。 距離ｘに依存する、センサ永久磁石の磁束密度Ｂの描写である。 個人衛生装置の４つの異なるサンプルに関する、印加された外力Ｆに依存したホール電圧Ｕ－ＨＡＬＬの測定値を示すグラフである。 モータキャリア、及び２つの棒状ばね要素を含むばねユニットの、分離された描写である。 例示的な個人衛生装置のモータキャリア、ばねユニット、及びシャーシの詳細の断面図である。 本開示による例示的な個人衛生装置の概略図である。 モータキャリアの一部、保持要素、及び２つの棒状ばね要素を含むばねユニットの一部分を示す、個人衛生装置の詳細の描写である。

本明細書の文脈において、「個人衛生」とは、皮膚及びその付属器（すなわち、毛及び爪）並びに、歯及び口腔（舌、歯茎などを含む）の育成（又はケア）を意味するものとし、一方では、疾病の予防並びに健康の維持及び強化（「衛生」）を目指し、また一方では、皮膚及びその付属物の美容的処置並びに外観の改善を目指すものである。これは、ウェルビーイングの維持及び強化を含む。これには、スキンケア、ヘアケア、口腔ケア、及びネイルケアを含む。これには、顎ひげケア、シェービング、及び脱毛など、その他のグルーミング行為も更に含む。したがって、「個人衛生装置」とは、そのような育成又は手入れ活動を実施するための任意の装置、例えば、電気皮膚マッサージ装置又は電気皮膚ブラシなどの（美容のための）皮膚トリートメント装置、電気シェーバー若しくはトリマー、電気脱毛器、及び電動歯ブラシ、電気デンタルフロス、電気洗浄器、電気舌クリーナー、又は電動歯肉マッサージ器などの電動口腔ケア装置、を意味する。これは、本提案の個人衛生装置が、これらの育成又は装置領域のうちの１つ又は複数において、これらの装置領域のうちのそれ以外の１つ又は複数においてよりも、より顕著な利点を有し得ることを除外するものでない。

本開示において、「処置力」又は「外部処置力」という用語が使用される場合、これは、処置ヘッドにおいて処置方向に印加される力を意味し、この処置方向は、モータキャリアの枢動軸と、印加された処置力が枢動軸の周りでモータキャリアを枢動させるモーメントを提供するように処置力が印加されるブラシヘッドにおける点と、によって画定される平面に対して垂直である。印加される合計処置力は、処置方向における処置力よりも高くあり得るが、他の方向に作用する処置力の成分は、考察されるセットアップによって測定可能ではないため、それらは考慮されない。典型的には、処置方向以外の方向に処置ヘッドに印加される力は、軸受に吸収されるか、又は個人衛生装置の弾性変形によって吸収される。

ハンドルに対するモータキャリアの運動を測定する本目的のためにホールセンサが使用される場合、全体設計のいくつかの課題が満たされなければならない。
１．具体的には、移動部分、すなわちモータキャリアは、少なくとも完全なモータを担持しており、モータは通常、個人衛生装置の最も大きい容積を要する部品の１つであるので、電動歯ブラシのハンドル内の空間は制限されている。
２．個人衛生装置のすべての部品は、固有の製造公差を有するので、センサ永久磁石及びホールセンサの互いに対する最終相対位置は、個々の個人衛生装置間である程度のばらつきを有している。
３．ホールセンサの効率範囲は、可能な限り良好に使用されるべきである。
４．枢動取り付けされたモータキャリアに作用する地球の重力は、地球の重力に対する装置の向きに応じて、ホール電圧の変化を導入するが、その理由は、移動可能な部品（例えば、モータキャリア）はそのときこの追加の力の影響を多かれ少なかれ受け、装置の更なる振動がホール電圧信号のノイズフロアに付加されるためである。
５．センサ永久磁石のコストは、許容可能なレベルに維持されるべきである。

前述の課題に対処するために、本明細書で提案される構成の設計の様々な詳細が検討され、ここでは、以下の設計態様の各々は、単独で（すなわち、それ自体で）、更には他の態様のうちの１つ以上、又は更にはすべてと組み合わされて検討された（これは、以下の特徴の各々が、個別に開示された特徴であること、また、矛盾した組み合わせにつながらない限りにおいて、１つ又は複数の特徴とのすべての可能な組み合わせで開示された特徴であることを意味している）。
１．センサ永久磁石の形状は、円筒形又は円盤状であるように選択され得る（後者は、直径より低い高さを有する円筒だけを指す）。
２．ホールセンサに面するセンサ永久磁石の表面の面積は、約３ｍｍ^２～１５ｍｍ^２の範囲内、具体的には７ｍｍ^２～１３ｍｍ^２の範囲内にあるように選択され得る。
３．センサ永久磁石の高さは、１ｍｍ～３ｍｍの範囲内、具体的には１．５ｍｍ～２．５ｍｍの範囲内にあるように設定され得、更に具体的には、センサ永久磁石の高さは、２．０±０．２５ｍｍの範囲内であり得る。
４．センサ永久磁石の体積は、１０ｍｍ^３～４０ｍｍ^３の範囲内、具体的には１５ｍｍ^３～３０ｍｍ^３の範囲内にあるように設定され得る。
５．センサ永久磁石の残留磁気は、２００ｍＴ～２０００ｍＴの範囲内、具体的には３００ｍＴ～１５００ｍＴの範囲内になるように定義され得る。
６．センサ永久磁石の残留磁気とセンサ永久磁石の体積との積は、３０００ｍＴ・ｍｍ^３～２００００ｍＴ・ｍｍ^３の範囲内、具体的には１２０００ｍＴ・ｍｍ^３～１８０００ｍＴ・ｍｍ^３の範囲内になるように定義され得る。
７．センサ永久磁石及びホールセンサの指定された位置は、センサ永久軸の円柱軸がホールセンサの有効領域の中心にかつ垂直に交差するように定義され得る。次に、センサ永久磁石及びホールセンサの相対運動が、本質的に円柱軸に沿って生じることが具体的には定義され得る。
８．永久磁石とホールセンサとの間の移動距離は、０．５ｍｍ超、具体的には少なくとも０．８ｍｍ、更に具体的には約１ｍｍとなるように定義され得る。
９．モータキャリアが静止位置にあるとき（すなわち、処置ヘッドに負荷が作用しないとき、したがってこの位置は無負荷位置と呼ばれることもある）のセンサ永久磁石とホールセンサとの間の初期距離は、２ｍｍ～６ｍｍの範囲内、具体的には３．５ｍｍ～５．５．ｍｍの範囲内になるように定義され得、更に具体的には、初期距離は４．５±０．２５ｍｍになるように設定された。
１０．センサ永久磁石の磁場強度、ホールセンサとセンサ永久磁石との間の初期距離、及び移動距離は、システムの動作がホールセンサの線形応答範囲を感知可能な方式で利用することから、磁場強度の挙動がほぼ線形である磁界の尾部においてシステムが動作するように設定され得る。
１１．ホールセンサが１０ｍＴ～２００ｍＴ、具体的には３０ｍＴ～９０ｍＴの範囲内にある線形応答範囲を有するように、すなわち、ホールセンサが４０ｍＴ又は８０ｍＴの線形応答範囲を有し得るように、定義され得る。
１２．第１の又は最小の検出可能な閾値力値は、０．５Ｎ～１．５Ｎの範囲内に設定され得、無負荷状態と第１の検出可能な閾値力との間のセンサ永久磁石に対するホールセンサの移動距離は、少なくとも０．１５ｍｍに設定され得る。
１３．最大検出可能力値は、２．０Ｎ～４．０Ｎの範囲内、具体的には２．５Ｎ～３．５Ｎの範囲内に設定され得る（すなわち、設計は、例えば、最大検出可能力値に達したときにホールセンサの線形感度範囲が終了するように選択され得、代替的に又は追加的に、更なる枢動が機械的に阻止されるように、最大検出可能力値に達したときにモータキャリアが当接する少なくとも１つのストッパ要素が設けられ得る）。

ホールセンサの感知領域は、典型的には比較的小さく、例えば、感知領域は約１ｍｍ^２以下であってもよく、例えば、ホールセンサの感知領域は、０．２ｍｍの辺長に対して二次関係であってもよく、したがってアクティブ領域は０．０４ｍｍ^２である。ホールセンサとセンサ永久磁石との間の感知可能な距離において関連強度の磁束密度を提供するために、ホールセンサに面するセンサ永久磁石の面積は、３ｍｍ^２～１５ｍｍ^２の範囲内、具体的には７ｍｍ^２～１３ｍｍ^２の範囲内になるように選択された。その結果、ホールセンサの感知領域（多くの場合、円形領域として近似される）は、センサ永久磁石の領域に対して点状と近似的にみなされ得る。そのような条件下で、次に、円筒形センサ永久磁石（したがってホールセンサに面する円筒の端面は円形形状を有する）を使用し、センサ永久磁石がホールセンサの感知領域と同軸になるように（又は、ホールセンサの点状感知領域が円筒形センサ永久磁石の円柱軸上に位置するように）センサ永久磁石を位置決めするのが実用的であると考えられる。当然のことながら、これは、センサ永久磁石の他の形状も同様に使用することができ、例えば、センサ永久磁石の端面が、二次形状、任意の他の幾何学的形状、又は更には不規則な形状を有し得ることを除外するものではない。ホールセンサにおけるセンサ永久磁石の磁束密度は、少ない程度のみであるが、センサ永久磁石の厚さの分だけ増大され得る。したがって、厚さは、１ｍｍ～３ｍｍの範囲内、具体的には１．５ｍｍ～２．５ｍｍの範囲内であり得、更に具体的には、厚さは２±０．２５ｍｍの範囲内であり得る。

いくつかの調査された実施形態では、センサ永久磁石はＮｄＦｅＢｒから作製され、１３５０ｍＴの残留磁気を有し、形状は、直径３．８ｍｍ及び円筒高さ２ｍｍで円筒状であった。センサ永久磁石は、ホールセンサに対して４．４ｍｍの距離に位置付けられ、無負荷状態と最大検出可能外部処置力との間でホールセンサに向かう移動距離は１ｍｍであった。他の実施形態では、移動距離は更に長く、例えば１．１ｍｍ、１．２ｍｍ、１．３ｍｍ、１．４ｍｍ、又は１．５ｍｍである。

いくつかの個人衛生装置、特に歯ブラシに関して、外部処置力は、ユーザがブラシヘッドを歯に押し当てる力である。効果的であるために、最小力（すなわち、第１の閾値力値）が印加されるべきであり、特に刺激から歯肉を保護するために、最大力（すなわち、第２の閾値力値）を超えるべきではないことが一般的に知られている。したがって、ユーザが、第１の閾値力値と第２の閾値力値との間のこの範囲内にあるかどうかを検出することができ、印加された力をユーザに伝えることができることが目的である。最小力及び最大力は、使用される処置ヘッドの種類にある程度依存し得、またユーザの好みにも依存し得る。最小力（第１の閾値力値）は、０．５Ｎ～１．５Ｎの範囲内、具体的には０．５Ｎ～１．０Ｎの範囲内にあってもよい。最大力（第２の閾値力値）は、１．５Ｎ～３．５Ｎの範囲内、具体的には、２．０Ｎ～３．０Ｎの範囲内にあってもよい。システムは、２．０Ｎ及び４．０Ｎの範囲内、具体的には２．５Ｎ～３．５Ｎの範囲内で印加されるべき最大力よりも高い最大外部処置力を検出できるように構成され得る。調査された実施形態では、最小力は０．７５Ｎに設定され、最大力は２．１５Ｎに設定され、最大検出可能力は３．０Ｎに設定された。無負荷状態と１．０ｍｍの最大検出可能力の印加との間のセンサ永久磁石の移動距離において、無負荷状態と最小力の印加との間の移動距離は０．２５ｍｍである。これに関連して、様々な製造公差を考慮する必要がある。したがって、移動距離が１．０ｍｍになるように設計される場合、磁石の寸法からホールセンサ及びセンサ永久磁石の位置に及ぶ製造プロセスにおける全体的な公差の合計は、容易に約０．１ｍｍになる。言及された公差に起因して、最小力が確実に検出されない場合があるので、移動距離は、０．５ｍｍ未満になるように選択されるべきではない。１．０ｍｍを超える移動距離が確実に考慮され、構造物体積などが許す場合には、例えば、１．３ｍの移動距離が選択され得る。

ホールセンサは、具体的には、ホール電圧を示し、したがって処置ヘッドに印加された力を示す信号をホールセンサから受信するコントローラに連結され得る。コントローラは、具体的には、ホールセンサからの受信信号及び少なくとも１つの閾値力値に依存して、個人衛生装置の動作をトリガするように構成され得る。個人衛生装置の動作は、ホールセンサからの信号が、印加された処置力が第２の閾値力値よりも高いことを示し、高すぎる力が印加されたことが示された場合の、モータの停止又はモータ振幅の下降であってもよい。

個人衛生装置は、コントローラに連結された表示ユニットを更に備え得、その際、コントローラは、印加された処置力が第１の値未満であるか又は第１の閾値力値以上であるかどうか、更には、印加された処置力が第１閾値力値と第２閾値力値との間にあるかどうかを、視覚的に検出可能な、聴覚的に検出可能な、及び／又は明白に検出可能な信号によってユーザに示すように構成され得る。例えば、表示ユニット及びコントローラは、印加された処置力が第１の閾値力値を下回ることを、例えば白色光信号などの中間色によって、印加された処置力が第１の閾値力値と第２の閾値力値との間にある（すなわち、印加された処置力が意図された範囲内にある）ことを緑色光信号によって、及び、印加された処置力が第２の閾値力値を超えることを赤色光信号によって、ユーザに伝えるように構成され得る。表示された色の急激な変化の代わりに、光信号の色は、徐々に変化され得る。ＲＧＢ－ＬＥＤは、表示された光信号のこのような漸進的変化を可能にする。

個人衛生装置は、ユーザが個人衛生装置のパラメータに影響を与えることを可能にする、具体的には、第１及び／又は第２の閾値力値を設定することを可能にする、ユーザインターフェースを備え得る。

個人衛生装置は、個人処置装置と共に使用されるアタッチメント又は処置ヘッドの種類を検出するように構成され得る。例えば、アタッチメントは、ＲＦＩＤチップを含み得、ハンドルは、処置ヘッドの種類を判定することができるように、ＲＦＩＤ読み取りユニットを備え得る。次いで、コントローラは、検出／判定された処置ヘッドに基づいて、少なくとも第１の閾値力値を自動的に設定するように構成され得る。少なくとも第１の閾値力値は、メモリユニットに記憶され得る。

個人衛生装置は、コントローラが、ゼロ印加外部処置力におけるホールセンサからの信号と、処置ヘッドに所定の力が作用したときの少なくとも１つの更なるホール信号とを使用して、ホールセンサからの信号と、処置ヘッドに印加された処置力との間の関係を決定し、更には構成する、較正モードを有するように構成され得る。較正は、具体的には、制御された方法で所定の処置力を処置ヘッドに印加することができる制御された環境で、製造業者によって使用され得る。較正モードは、個人衛生装置を販売パッケージに充填する直前に、組み立てプロセスで使用され得る。

更に、コントローラは、無負荷状態のホールセンサ信号値を自動的にリセットするように構成され得、具体的には、コントローラは、個人衛生装置が充電スタンドに置かれているかどうか（例えば、すでに記載したＲＦＩＤ識別装置を使用して）、又は移動せずに直立位置にあるかどうか（例えば、加速度計を使用することによって）を検出して、これらの条件のうちの少なくとも１つの下で無負荷状態のホール信号値の自動リセットを実行するように構成され得る。

図１は、電動歯ブラシとして実現される個人衛生装置１の例示的な実施形態の図である。個人衛生装置１は、具体的には、処置ヘッド３を有する取り外し可能なアタッチメント２を備えているが、処置ヘッドは、個人衛生装置１の取り外し不可能な構造体に提供され得る。処置ヘッド３は、ここではブラシヘッドとして実現され、当該技術分野において一般的に知られているように、軸４を中心に被駆動振動回転するように取り付けられている。アタッチメント２は、個人衛生装置１のハンドル５に取り付けられる。ハンドル５は、具体的には、処置ヘッド（treatment had）３を駆動して運動させるためのモータを収容し得る。枢動軸８と、処置力が処置ヘッド３に作用する点とによって画定される平面に対して垂直である力成分を処置力６が有する場合には、処置ヘッドに対して方向７に作用する処置力６は、アタッチメント２を枢動軸８の周りで枢動させる（それぞれの方向は、本明細書では「処置方向」と呼ばれる。つまり、図１の方向７は処置方向と整列していないので、測定される印加処置力は、処置ヘッドに作用する全処置よりも低い）。処置力６は、具体的には、処置ヘッド３をユーザの処置領域に対して押すことによって形成され得る（例えば、図示される実施形態では、ブラシヘッドに取り付けられた剛毛が歯を効果的に清浄することができるように、ブラシヘッドは、特定の力で歯に押し当てられ得る）。アタッチメント２は、ハンドル５のコネクタ部分に固定的に取り付けられ、コネクタ部分は次に、ハンドル５内に配置されたモータキャリアと固定的に接続される。モータキャリアは、ばね力に抗して枢動軸８の周りで枢動するように取り付けられる。

図２は、長手方向中心面に沿って切り開かれた例示的な個人衛生装置１０の描写であり、この個人衛生装置１０は部分的にのみ示されている（個人衛生装置の前端及び下端は示されていない）。個人衛生装置は、ハンドル１１及び取り外し可能なアタッチメント２０を備えている。モータキャリア１４０は、ハンドル１１内に配設され、かつ、モータキャリア１４０が枢動軸１２の周りで枢動することを可能とするように、軸１３に枢動取り付けされる。

モータキャリア１４０は、ばね・質量タイプの共振モータ１００及び振動相殺ユニット２００を担持する。モータ１００は、固定子脚部の周りに巻かれたコイル１１１を有する固定子部分１１０を備えている（ここで、固定子１１０は、軟質磁性材料から作製された３つの固定子脚部を有するＥコアを有し、コイルは中央脚部の周りに巻かれる）。動作中、コントローラは、第１の周波数を有する周期的な交流モータ駆動信号をコイル１１１に印加する。周期的な交流駆動信号は、コイル１１１を通る周期的な交流の流れをもたらし、したがって、周期的な交流電磁場を発生させる。モータ１００は、電機子部分１２０に取り付けられたモータ永久磁石１２１を有する電機子部分１２０を更に備えている（ここで、「磁石」という用語は、その単数形で使用されるが、これは、２つ以上のモータ永久磁石が存在することを除外するものではない）。電機子部分１２０は、ばね１３０Ａ及び１３０Ｂによってモータキャリア１４０にばね式に取り付けられる。コイル１１１が動作中に周期的な交流電磁場を発生させると、永久磁石１２１は、電磁場と相互作用し、結果として生じる力は、電機子部分１２０がばね１３０Ａ及び１３０Ｂによって提供されるばね力に抗してその静止位置から外れて長手方向Ｌに沿って線形揺動運動Ｍするように、電機子部分１２０を駆動する。

振動相殺ユニット２００は、質量体２１０と、質量体２１０をモータキャリア１４０に取り付けるばね２２０Ａ及び２２０Ｂと、を備える。振動相殺ユニット２００は、モータ駆動信号の第１の周波数と一致する共振周波数を有する。動作中、モータが駆動されて第１の周波数で振動すると、モータキャリア１４０に伝達される振動は、周期的な外部励起力として働く。振動相殺ユニット２００が本質的に正確にその共振周波数で励起され、その結果、電機子部分１２０と逆位相で振動することにより、モータキャリア１４０に伝達される振動を効率的に相殺することができる。振動相殺ユニット２００の実際の共振周波数は、製造公差の影響を受けるため、振動相殺ユニット２００の共振周波数を最初に測定し、次いで、モータ駆動信号の第１の周波数を、振動相殺ユニット２００の決定された共振周波数に設定することが賢明であり得る。ここでは、振動相殺ユニットはモータキャリア１４０に取り付けられて示されているが、モータ１００によって生成された振動は、モータキャリア１４０から軸１３を介してハンドル１１に伝達されるので、振動相殺ユニットは、ハンドル１１に取り付けられ得る。

モータキャリア１４０の遠位端において、ホルダ要素１４２がモータキャリア１４０に固定して固設されており、このホルダ要素１４２は、ホールセンサ４２０に近接して位置付けられたセンサ永久磁石４１０を保持する。ホールセンサ４２０は、具体的には、ＰＣＢ上に取り付けられ得、ＰＣＢは、ハンドル１１に対して固定的に取り付けられている。原則として、ホールセンサ４２０はまた、モータキャリア１４０に対して固定的に取り付けられ得るが、その場合には、ハンドル（エネルギー源が取り付けられる）とモータキャリア１４０との間の反復運動に耐えることができる電気的接続が設けられる必要がある。

外部処理力Ｆ１が処置ヘッドに作用すると（矢印Ｆ１によって示される）、この力Ｆ１は、モータキャリア１４０及びすべての固定接続部品を、軸１３によって画定される枢動軸１２の周りで枢動させ（矢印Ｒによって示されるように）、軸１３は、ハンドル１１に取り付けられ、モータキャリア１４０を通って延在する。それによって、外部処置力Ｆ１は、ここではモータキャリア１４０とハンドル１１との間に配設されたばね要素（図６、図７、及び８を参照）によって提供されるばね力に抗して作用しなければならない。ばね要素は、具体的には、モータキャリア１４０がその静止位置にあるときに付勢されていない状態になるように、すなわち、いかなる外部処置力Ｆ１もモータキャリア１４０の枢動運動を直接もたらすように取り付けられ得る。ばね要素が付勢力を印加する実施形態では、モータキャリアは、外部処置力が付勢力を克服したときにのみ枢動を開始する。いくつかの実施形態では、比較的小さい第１の閾値力値が検出可能であるべきであり、そのため、直接枢動する付勢されていないモータキャリアは、ゼロ外力（無負荷状態）と第１の検出可能な閾値力との間で最大移動距離を少なくとも提供する。

図３は、本明細書では、磁束線５１によって示される磁界を発生する双極子であるとして示されているセンサ永久磁石５０、及び、ここではＰＣＢ上への自動実装に好適なＳＭＤデバイスとして示されているホールセンサ６０の概略図である。ホールセンサ６０は、典型的には比較的小さい、具体的には約１ｍｍ^２以下、例えば、０．５ｍｍ^２又は０．２５ｍｍ^２又は０．１ｍｍ^２又は０．０１ｍｍ^２である感知領域６１を有する。双極子磁化ではない他の磁化、例えば四重極磁化も可能である。センサ永久磁石５０がホールセンサ６０に対して移動されると、ホールセンサ６０の感知領域における磁束密度が変化し、ホールセンサによって対応のホール電圧が提供される。ホールセンサは、具体的には、ホール電圧を受信し、具体的にはホール電圧を分析するためのコントローラと接続され得る。センサ永久磁石５０とホールセンサ６０との間の任意の相対的な変位は、ホールセンサ６０の感知領域６１における磁束密度の変化、したがってホール電圧の変化をもたらすが、ここでは、センサ永久磁石５０は、例えば、一定の処置力が印加された場合にΔｘの移動距離だけホールセンサ６０に向かって移動し得ることが示されている。具体的には、センサ永久磁石５０及びホールセンサ６０は、中心軸Ｃに対して同軸上に配置され、センサ永久磁石５０とホールセンサとの間の相対運動は、本質的に中心軸Ｃに沿って生じる（図２に関して考察される例ではモータキャリアは枢動するので、わずかに湾曲した動きが生じるが、これは本目的のために直線運動と見なすことができる）。

本開示で考察されるセンサ永久磁石は、永久磁石を作製するのに好適な様々な材料から作製され得る。例えば、センサ永久磁石は、ＮｄＦｅＢ若しくはＳｍＣｏなどの合金から作製され得、これら材料は、プラスチック結合され得るか、又は焼結され得る。焼結ＮｄＦｅＢ磁石は、１～１．４Ｔの範囲内の残留磁気を有し得る。ストロンチウムフェライトなどのハードフェライト材料の残留磁気は、典型的には約４００ｍＴ未満であるが、これらの材料も一般に可能である。プラスチック結合永久磁石の残留磁気は、多くの場合、６００ｍＴ～７００ｍＴの範囲内である。

図４は、例示的なセンサ永久磁石の磁束密度Ｂ（Ｔ単位）を、ホールセンサとセンサ永久磁石との間の距離ｘ（ｍｍ単位）に応じて曲線７０として示すグラフである。単なる例示として、２つの更なる曲線７１及び７２が部分的に示されており、これらの曲線７１及び７２は、様々な許容誤差に対する磁束密度の依存性を示すものとする。いくつかの実施形態では、センサ永久磁石とホールセンサとの間の初期距離は、Ｘ_２＝４．４ｍｍに設定され、無負荷状態と検出可能な最大処置力との間の移動距離は、端部位置がｘ_１＝３．４ｍｍになるように（ホールセンサに向かって）１ｍｍであるものとする。これらの２つの位置の間の磁束密度の変化は、ホールセンサが線形ホール電圧信号を提供するべき典型的な範囲を提供する。磁束密度の変化は、例えば、約４０ｍＴであり得る。位置公差及び／又は寸法公差に起因して（焼結ＮｄＦｅＢ永久磁石は、±０．０５ｍｍ～±０．１ｍｍの範囲の寸法公差を容易に有し得る）、初期距離及び移動距離もまた、シフト位置ｘ_１’及びｘ_２’に関連する破線によって示されるように容易にシフトし得る。これらの公差に対処するために、例えば約８０ｍＴのようなより大きい線形範囲を有するホールセンサが選択されるべきであり、次いで、定義された理想的な位置及び寸法の言及された例示的な４０ｍＴ検出範囲は、選択されたホールセンサの線形８０ｍＴ感度範囲の中央に位置するように計画される。上記は、一般原理を示すための一例にすぎないことに留意されたい。センサ永久磁石の寸法、材料、ホールセンサまでの初期距離などに応じて、例えば、２０ｍＴ又は１６０ｍＴなどの線形感度範囲を有する他のホールセンサが使用され得る。好適なホールセンサとしては、例えば、Ａｌｌｅｇｒｏ Ａ１３０４シリーズ（Ａｌｌｅｇｒｏ ＭｉｃｒｏＳｙｓｔｅｍｓ，ＬＬＣ（Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ，ＵＳＡ）から入手可能）からのセンサ、又はＤｉｏｄｅｓ ＡＨ４９Ｆシリーズ（Ｄｉｏｄｅｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から入手可能）からのセンサが挙げられる。ホールセンサの感度は、１０ｍＶ／ｍＴ～９０ｍＶ／ｍＴの範囲内であり得る。

図５は、いくつかの調査されたプロトタイプで行われた測定曲線８０、８１、８２、及び８３を示すグラフであり、図中、ホール電圧信号Ｕ－ＨＡＬＬ（Ｖ単位）は、印加された処置力Ｆ（Ｎ単位）の関数として示されている。測定曲線８０～８３は、０Ｎの処置力と３Ｎの処置力との間で本質的に線形である。例えば、検出可能な最小処置力又は第１の閾値力値である０．８Ｎは、第２の閾値力値である２．５Ｎと同様に測定可能である。曲線に差があるため、システムの応答の較正を行うことが賢明である。例えば、無負荷状態のホール電圧及び所定の処置力（例えば２．０Ｎ）におけるホール電圧を測定する線形較正で十分であるが、これは、３つ以上の測定点を用いた較正作業を排除するものではない。較正パラメータ（複数可）を個人衛生装置のメモリに格納することができるように、較正は、具体的には、個人衛生装置を販売する前に製造所で行われ得る。

図６は、モータ１００Ａ及び振動相殺ユニット２００Ａを担持するモータキャリア１４０Ａの描写である。駆動シャフト１５０Ａは、モータ１００Ａの電機子部分と接続されている。Ｓ型電気コネクタ１６０Ａを使用して、モータ１００Ａをエネルギー源と電気的に接続することができ、このＳ型コネクタは、個人衛生装置のハンドルに対して印加された処置力の下でのモータキャリア１４０Ａの小さな動きに適応するのに十分な可撓性を有する。ホルダ要素１４２Ａは、モータキャリア１４０Ａに固定して固設され、かつ、センサ永久磁石４１０Ａ、更には２つの棒状ばね要素５１００Ａ及び５１０１Ａを保持する。棒状ばね要素５１００Ａ及び５１０１Ａは、その端部が受け部１４２４Ａ内に受容され、これらの受け部１４２４Ａは、図７に関してより詳細に説明されるように、モータキャリア１４０Ａと接続されており、かつ、個人衛生装置のハンドルに対して固定されたそれぞれの保持固定具内に受容されている。棒状ばね要素１５００Ａ及び１５０１Ａは、一緒になってばねユニット５１０Ａを形成し、このばねユニット５１０Ａは、外部から印加される処置力が抗って作用する必要があるばね力を提供して、モータキャリア１４０Ａを枢動軸の周りで枢動させる。

本明細書で考察される棒状ばね要素１５００Ａ及び１５０１Ａは、それらを意図される使用に好適なものにする特定の特性を有する。一方では、棒状ばね要素は、低製造コストにもかかわらず高精度で作製することができる。そのような高い製造品質（すなわち、低い公差）は、印加された処置力が克服する必要があり、かつ最小の検出可能な閾値力値の測定品質にとって有害である付勢力を導入することなく、ばね要素を取り付けることができることを支援する。他方では、棒状ばね要素は、限られた構造物容積のみを使用しながらも、比較的高いばね定数を与えることができる。個人衛生装置のハウジング内に小さい直径又は小さな断面形状の長い物体を収容することの方が、同様のばね定数を高精度で提供するコイルばね又は板ばねを収容するよりも容易である。更に、棒状ばね要素は、本質的に矩形の断面を有して製造することができるので、枢動方向のばね定数及び垂直方向のばね定数を正確に調整することができる。いくつかの調査された実施形態では、棒状ばね要素１５００Ａ及び１５０１Ａは各々、約２４ｍｍの自由ばね長さ及び約２Ｎ／ｍｍのばね定数を有し、ステンレスばね鋼１．４３１０から作製され、０．８ｍｍ×１．２ｍｍの寸法を有する矩形断面形状を有する。

図７は、ホルダ要素１４２Ｂが固定的に取り付けられているモータキャリア１４０Ｂの端部を通り、かつそれ自体が個人衛生装置のハンドルに対して固定的に取り付けられているシャーシ６００Ｂを通る断面図の詳細を示す。シャーシ６００Ｂは、具体的には、充電式アキュムレータなどのエネルギー源と、ホールセンサを含む個人衛生装置の電子部品が取り付けられているＰＣＢと、を有し得る。ホルダ要素１４２Ｂは、棒状ばね要素５１００Ｂを受容するための受け部１４２４Ｂを備える（平行な棒状ばね要素を受容するために、別のそのような受け部が、具体的には、図６に示したようにホルダ要素１４２Ｂの反対側に配設され得る）。受け部１４２４Ｂは、貫通孔又は穴１４２１Ｂを有し、その内部では、位置合わせされた半円筒形軸受構造体１４２２Ｂが棒状ばね要素５１００Ｂの軸受点を提供する。より詳細に説明するように、棒状ばね要素５１００Ｂは、シャーシ６００Ｂに固定的に取り付けられているので、ホルダ要素１４２Ｂにおける棒状ばね要素５１００Ｂの軸受は、受け部１４２４Ｂ内の棒状ばね要素５１００Ｂの特定の移動可能性を提供する必要がある。モータキャリア１４０Ｂが、例えば、図７の両方向矢印によって示されるようにその枢動軸の周りで約１ｍｍ移動するとき、棒状ばね要素５１００Ｂは、受け部１４２４Ｂ内のその軸受内で枢動することができなければならず、また、シャーシ６００Ｂに対するモータキャリア１４０Ｂの移動を補償するために、受け部１４２４Ｂに対して直線的にわずかに移動することもできなければならない。上述の必要な可撓性に対処する代替的な設計が、図９に関連して図示及び考察される。

図７には、棒状ばね要素５１００Ｂが、シャーシ６００Ｂに設けられた保持固定具６１０Ｂによって受容されているところが更に示されている。保持固定具６１０Ｂは、前部クランプ６１０１Ｂ及び裏側クランプ６１０２Ｂを備える。切断図では見ることができないが、前部クランプ６１０１Ｂ及び裏側クランプ６１０２Ｂは、Ｕ字形受け部の形態を有している。他の実施形態では、クランプは、本質的にＯ字形クランプとして実現され得る。シャーシは、２つを超える図示のクランプを備え得、具体的には、シャーシは、棒状ばね要素５１００Ｂを固定的に保持するために３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、又は更にはそれ以上のクランプを備え得る。クランプ６１０１Ｂ又は６１０２Ｂのうちの少なくとも１つであるが、特にクランプの各々は、棒形状のばね要素５１００Ｂのクランプへの挿入を容易にするために、面取りされた前側（図７に示されるような）を有し得る。

棒状ばね要素５１００Ｂは、軸受点１４２２Ｂと前部クランプ６１０１Ｂとの間に自由長Ｌ_ｆを有する。棒形状のばね要素の自由長Ｌ_ｆは、モータキャリア１４０Ｂの枢動運動に抗して作用するばね定数を決定する。例えば、棒形状のばね要素５１００Ｂは、０．８ｍｍの高さ及び１．２ｍｍの幅、２４．３ｍｍの自由長を有し得、１９５，０００Ｎ／ｍｍ^２の弾性モジュールを有するばね鋼から作製され得る。次いで、棒状ばね要素当たりの剛性（すなわち、ばね定数）は、約２．０９Ｎ／ｍｍという結果となり、２つの棒状ばね要素を使用する場合、合計剛性は、４．１８Ｎ／ｍｍとなる。自由長Ｌ_ｆを適応させることにより、ばねユニットの剛性を調整することができる。

移動可能なモータキャリア及び個人衛生装置のハンドルにそれぞれ取り付けられたセンサ永久磁石及びホールセンサの一般構造は、記載されたように、共振モータの代わりに一般的な種類のモータを有する個人衛生装置にも適用可能である。これは、ハンドル１Ｃと、処置ヘッド３Ｃを含むヘッド部分２Ｃと、を備える、個人衛生装置１０Ｃの概略図である図８を参照して考察される。ヘッド部分２Ｃは、処置ヘッド３Ｃを駆動して動かすためのモータを担持するモータキャリア１４０Ｃと固定的に接続されている。モータキャリア１４０Ｃは、枢動軸１２Ｃの周りで枢動する。外部処置力Ｆが処置ヘッドに処置方向に印加される場合、ヘッド部分２Ｃ及びモータキャリア１４０Ｃは、図８の矢印Ｐによって示されるように枢動軸１２Ｃの周りで枢動する。モータキャリア１４０Ｃは、ばねユニット５１０Ｃによって印加されるばね力に抗して枢動運動するように取り付けられる。センサ永久磁石４１０Ｃは、モータキャリア１４０Ｃに取り付けられ、ホールセンサ４２０Ｃは、ハンドル１１Ｃに取り付けられる。所定の最大印加外部処置力を超えた更なる枢動運動を回避するために、ストッパ要素１５Ｃが設けられている。先の考察において、センサ永久磁石及びホールセンサに関して説明されたすべてのものは、図８の実施形態にも適用される。

図９は、ホルダ要素１４２Ｄが固定的に取り付けられているモータキャリア１４０Ｄの描写であり、このホルダ要素１４２Ｄは、２つの棒状ばね要素５１００Ｄ及び５１０１Ｄを受け部１４２４Ｄ内に保持している。図７に示される受け部１４２４Ｂ内に設けられた、棒状ばね要素５１００Ｂの枢動と、更なるわずかな直線運動とを可能にする軸受とは対照的に、図９は、棒状ばね要素５１００Ｄ及び５１０１Ｄが受け部１４２４Ｄに固定して固設されている具現を示す。例えば、棒状ばね要素５１００Ｄ及び５１０１Ｄは、長手方向の延在方向に対してアンダーカットを有し得、受け部１４２４Ｄは、棒形状のばね要素５１００Ｄ及び５１０１Ｄが受け部１４２４Ｄに固定して固設されるように、これらのアンダーカットの周りに射出成形された。受け部１４２４Ｄは、アーム１４２５Ｄを介して接続され、ブリッジ構造体１４２６Ｄは保持要素１４２Ｄの基部１４２７Ｄから延在する。この特定の設計により、アーム１４２５Ｄ及びブリッジ構造体１４２６Ｄは、長さの差を収容することができるように、モータキャリア１４０Ｄが枢動するときに屈曲することが可能になる。

本明細書にて開示された寸法及び値は、列挙された正確な数値に厳密に限定されるものとして理解されるべきではない。代わりに、特に指示がない限り、このような各寸法は、列挙された値とその値を囲む機能的に同等な範囲との両方を意味することが意図されている。例えば、「４０ｍｍ」と開示された寸法は、「約４０ｍｍ」を意味することが意図される。

Claims (10)

1. 個人衛生装置であって、
   ハンドルと、
   処置ヘッドと、
   モータキャリアであって、前記ハンドル内に配設されており、かつ前記ハンドルと前記モータキャリアとの間に配置された少なくとも１つのばね要素に対して枢動取り付けされている、モータキャリアと、
   モータであって、前記モータキャリアにおいて固定的に取り付けられている固定子部分と、前記モータキャリアに対する運動を可能にするように前記モータキャリアにおいてばね式に取り付けられている運動部分と、を有し、前記運動部分が、前記処置ヘッドに運動を伝達するために、前記処置ヘッドと接続された駆動シャフトと連結されており、処置方向における前記処置ヘッドに作用する外部処置力が、前記ハンドルに対して、枢動軸の周りでの前記モータキャリアの枢動をもたらし、前記モータが、モータ永久磁石と、前記モータ永久磁石と相互作用する交流電磁場を提供するためのコイル要素と、を備え、そのため、動作中に前記駆動シャフトの振動運動が励起される、モータと、
   前記ハンドル又は前記モータキャリアに固定された関係で取り付けられているホールセンサと、
   具体的には円筒形状のセンサ永久磁石であって、前記ハンドル又はモータキャリアのうちの他方に固定された関係で取り付けられており、そのため、前記モータキャリアの枢動運動が、前記センサ永久磁石と前記ホールセンサとの間の相対運動をもたらす、センサ永久磁石と、を備えるものであり、
   前記センサ永久磁石が、前記モータキャリアの外側に取り付けられているものであり、 ホール電圧を示し、したがって前記処置ヘッドに印加された前記力を示す、信号を受信するように、前記ホールセンサに結合されている、コントローラを備え、前記コントローラは、前記処置ヘッドに印加された前記力が少なくとも第１の閾値力値を上回るときに、前記個人衛生装置の動作をトリガするように配設されているものであり、
   前記コントローラが、表示ユニットをトリガして、前記処置ヘッドに印加された前記力が前記第１の閾値力値を上回ること、又は前記印加された力が前記第１の閾値力値と第２の閾値力値との間にあることをユーザに示すように構成されているものであり、 前記コントローラが、前記処置ヘッドにゼロ力が印加されたときの前記ホールセンサからの電圧信号と、前記処置ヘッドに所定の力が作用したときの前記ホールセンサからの少なくとも１つの更なる電圧信号とを使用して、前記ホールセンサの前記電圧信号と、前記処置ヘッドにおいて作用する前記力値との間の関係を判定する、較正モードを提供するように構成されているものであり、
   前記コントローラが、前記処置ヘッドにおけるゼロ印加力に対して前記ホールセンサ信号のリセットを自動的に適用するように構成されている、個人衛生装置。
2. 前記センサ永久磁石及び前記ホールセンサが、本質的に同軸関係で取り付けられており、前記モータキャリアの枢動運動が、前記センサ永久磁石及び前記ホールセンサを軸方向に沿って互いに向かって移動させる、請求項１に記載の個人衛生装置。
3. 前記センサ永久磁石の残留磁気が、２００ｍＴ～２０００ｍＴの範囲内であり、前記センサ永久磁石の体積が、１０ｍｍ^３～３０ｍｍ^３の範囲内である、請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の個人衛生装置。
4. 前記センサ永久磁石の前記残留磁気と前記センサ永久磁石の前記体積との積が、３０００ｍＴ・ｍｍ^３～２００００ｍＴ・ｍｍ^３の範囲内である、請求項１～３のいずれか一項に記載の個人衛生装置。
5. 前記ばね要素が、前記処置ヘッドに作用するゼロ力と前記処置ヘッドに作用する最大検出可能力との間の前記ホールセンサと前記センサ永久磁石との間の相対距離変化が、少なくとも約０．５ｍｍの範囲内であるようなばね定数を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の個人衛生装置。
6. 前記最大検出可能力が、２．０Ｎ～４．０Ｎの範囲内の値を有する、請求項５に記載の個人衛生装置。
7. 前記処置ヘッドに作用するゼロ力と、０．５Ｎ～１．５Ｎの範囲内の値を有する前記処置ヘッドに作用する第１の閾値力との間の前記ホールセンサと前記センサ永久磁石との間の相対距離変化が、少なくとも約０．１５ｍｍである、請求項１～６のいずれか一項に記載の個人衛生装置。
8. 少なくとも１つのストッパ要素が、前記最大検出可能力に達したときに、前記モータキャリアの更なる枢動を機械的に抑制するように配置されている、請求項５～７のいずれか一項に記載の個人衛生装置。
9. 前記コントローラは、前記個人衛生装置が充電スタンドに置かれたとき、又は前記個人衛生装置が移動されることなく直立位置にあるときを検出するように、かつこれらの条件のうちの少なくとも１つの下で自動リセットを実行するように構成されている、請求項１に記載の個人衛生装置。
10. 前記モータキャリアが静止位置にあるときの前記センサ永久磁石と前記ホールセンサとの間の距離が、２．０ｍｍ～６．０ｍｍの範囲内である、請求項１～９のいずれか一項に記載の個人衛生装置。

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