KR101571951B1 - 기계적으로-구동되는 음파 칫솔 - Google Patents

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그레이 엘. 소콜
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Abstract

음파 칫솔 시스템은 전기 모터, 브러시 샤프트, 및 구동 조립체를 구비한다. 전기 모터는 구동 샤프트를 구비한다. 전기 모터가 작동될 때, 구동 샤프트는 모터가 정지될 때까지 연속적으로 회전한다. 구동 조립체는 구동 샤프트와 브러시 샤프트 사이에 결합된다. 구동 조립체는 구동 샤프트의 회전을 브러시 샤프트의 단부에 지지되는 칫솔 헤드의 음파 진동으로 변환시키도록 구성된다.

Description

기계적으로-구동되는 음파 칫솔{MECHANICALLY-DRIVEN, SONIC TOOTHBRUSH}
(발명자)
콜로라도 롱몬트(Longmont, Colorado) 소재의 게리 엘. 소콜(Gary L. Sokol)
콜로라도 윈저(Windsor, Colorado) 소재의 해럴드 에이. 뤼트겐(Harold A. Luettgen)
(관련 출원에 대한 상호 참조)
본 출원은, 2011년 5월 2일자로 출원되고 발명의 명칭이 "기계적으로 구동되는 음파 칫솔 시스템(Mechanically driven sonic toothbrush system)"이며 그 전체가 본 명세서에 원용되는 미국 가출원 제61/481,357호에 대해 우선권을 주장한다.
(기술 분야)
본 발명은 구강 위생 용품에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 음파 칫솔 시스템에 관한 것이다.
음파 칫솔 분야에서의 최신 기술은, 진동 운동을 직접 생성하기 위해 전자기 드라이버를 사용하고 리턴 스프링을 중심조절하여 소요 진동 칫솔 출력 운동을 생성하는 구동 시스템 주위에 집중한다. 이들 전자기 시스템에는 어떠한 연속 입력 회전 또는 드라이버도 수반되지 않으며 이러한 전자기 시스템은 제조 비용이 비교적 높다.
또한, 연속 회전하는 입력 드라이버로부터 진동성 출력 브러시 운동을 제공하는 여러 가지 칫솔이 현존한다. 이러한 기계적으로-구동되는 칫솔은 통상 전자기 드라이버를 채용하는 칫솔에 비해서 제조 비용이 낮다. 그러나, 이러한 회전 시스템은 모두 음파 레벨을 훨씬 밑도는 속도로 진동 기능을 수행한다. 음속으로 작동하는 연속 회전하는 입력 구동 시스템은 전혀 없다.
명세서의 배경 섹션에 포함되는 정보로서, 본 명세서에 인용되는 일체의 참조문헌 및 그 임의의 설명 또는 논의를 포함하는 정보는 기술적 참조 목적으로만 포함되는 것이며, 청구범위에서 한정되는 발명의 범위를 구속하는 요지로 간주되지 않아야 한다.
기계적으로-구동되는 음파 칫솔의 예시적인 일 실시예는 전기 모터, 브러시 샤프트 및 구동 조립체를 구비한다. 전기 모터는 입력 드라이버의 연속 회전을 부착된 칫솔 헤드를 음속(들)으로 구동시키는 소요 진동성 출력 운동으로 변환시키기 위해 링크 시스템을 갖는 특정하게 균형잡힌 구동 조립체를 구동하는 연속 회전하는 입력 드라이버(예를 들면, DC 모터)일 수 있다. 전기 모터는 구동 샤프트를 구비한다. 전기 모터가 작동될 때, 구동 샤프트는 모터가 정지될 때까지 연속적으로 회전한다. 구동 조립체는 구동 샤프트와 브러시 샤프트 사이에 결합된다. 구동 조립체는 구동 샤프트의 회전을 브러시 샤프트의 단부에 지지되는 칫솔의 음파 진동으로 변환시키도록 구성된다.
음파 칫솔 시스템의 다른 실시예에서, 구동 조립체는 커플러 및 편심 핀을 구비한다. 커플러는 제1 단부와 제2 단부를 갖는다. 제1 단부는 브러시 샤프트에 작동 가능하게 결합되며, 편심 핀은 제2 단부 내에 회전식으로 수용된다. 구동 샤프트의 회전은 편심 핀이 제2 단부 내에서 회전하게 만든다. 편심 핀의 회전은 커플러의 진동을 초래한다.
추가 예시적 실시예에서, 음파 칫솔은 구동 샤프트를 구비하는 전기 모터, 브러시 샤프트, 및 구동 조립체를 가질 수 있다. 전기 모터가 작동하게 되면, 구동 샤프트는 모터가 정지할 때까지 연속적으로 회전한다. 구동 조립체는 구동 샤프트와 브러시 샤프트 사이에 결합될 수 있으며, 구동 샤프트의 회전을 브러시 샤프트의 단부에 지지되는 칫솔 헤드의 음파 진동으로 변환시키도록 구성될 수 있다.
추가 예시적 실시예에서, 음파 칫솔은 진동성 칫솔모 운동을 제공할 수 있다. 음파 칫솔은 연속 회전하는 구동 시스템, 브러시 샤프트, 및 상기 구동 시스템과 브러시 샤프트 사이의 링크 장치를 구비할 수 있으며, 상기 링크 장치는 기계적 진동 및 소음 레벨이 극히 낮은 상태에서 진동성 음속 출력 운동을 브러시 샤프트에 제공한다. 또한, 음파 칫솔은 전기 모터를 수용하는 핸들 부분 및 상기 핸들 부분 내에 수용되고 상기 전기 모터와 전기적으로 연결되는 전원을 더 포함할 수 있다.
또 다른 예시적 실시예에서는, 음파 칫솔 설계 방법이 개시되어 있다. 음파 칫솔은 연속 회전하는 구동 시스템, 브러시 샤프트, 및 상기 구동 시스템과 브러시 샤프트 사이의 링크 장치를 가질 수 있다. 상기 방법은 링크 장치에 대해 유한 요소 해석을 수행하는 단계, 및 이후 상기 유한 요소 해석에 기초하여 링크 장치 내의 중량 분포를 결정하여 링크 장치의 질량 중심을 위치결정하고 링크 장치에 균형 또는 선택된 불균형을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 질량 중심을 변경하거나 선택된 불균형을 변경하기 위해 링크 장치 내의 하나 이상의 교체가능한 중량을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 개요는 상세한 설명에서 추가로 후술되는 개념의 선택을 간단한 형태로 소개하기 위해 제공된다. 이 개요는 청구 요지의 핵심 특징 또는 필수 특징을 확인하도록 의도되지 않거나, 청구 요지의 범위를 제한하기 위해 사용되도록 의도되지 않는다. 청구범위에서 한정되는 본 발명의 특징, 상세, 용도 및 장점의 보다 폭넓은 설명이 하기의 본 발명의 각종 실시예의 설명에 제공되며 첨부도면에 도시되어 있다.
도 1은 기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템의 예시적 실시예의 브러시 단부 등각도이다.
도 2는 하우징이 제거된 상태의, 도 1의 기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템의 측면도이다.
도 3은 하우징이 제거된 상태의, 도 1의 기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템의 저면 등각도이다.
도 4는 도 1의 기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템의 구동 브래킷과 구동 브래킷 상에 지지되는 부품의 평면 등각도이다.
도 5는 도 1의 기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템의 구동 브래킷과 구동 브래킷 상에 지지되는 부품의 저면 등각도이다.
도 6은 도 1의 기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템의 구동 브래킷과 구동 브래킷 상에 지지되는 부품의 평면 등각도이다.
도 7은 도 1의 기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템의 구동 브래킷과 구동 브래킷 상에 지지되는 부품의 부분 분해도이다.
도 8은 작동을 위해 기계적으로 함께 결합되는, 도 1의 기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템의 브러시 샤프트, 구동 조립체 및 모터의 전방 등각도이다.
도 9는 도 8에서 모터, 후방 베어링 및 부싱이 제거된 상태의 도면이다.
도 10은 도 1의 기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템의 구동 조립체 및 브러시 샤프트의 분해 등각도이다.
도 11은 도 1의 기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템의 구동 조립체의 주요 부품의 분해 전방 등각도이다.
도 12는 도 1의 기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템의 구동 조립체의 주요 부품의 분해 측면 등각도이다.
도 13은 도 1의 기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템의 구동 조립체의 주요 부품의 분해 후방 등각도이다.
도 14는 도 8에 도시된 모터, 구동 조립체, 및 브러시 샤프트의 대체로 동일한 등각도로서, 모터 구동 샤프트 및 편심 핀의 축을 통해서 연장되는 단면을 추가로 도시하는 등각도이다.
도 15는 도 8에 도시된 모터, 구동 조립체, 및 브러시 샤프트의 대체로 동일한 등각도로서, 로커 암(rocker arm)의 피봇 핀의 축을 통해서 연장되는 단면을 추가로 도시하는 등각도이다.
기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템의 몇 가지 예시적인 실시예가 본 명세서에 개시된다. 음파 칫솔 시스템은 입력 드라이버의 연속 회전을 부착된 칫솔 헤드를 음속 또는 음속들로 구동시키는 소요 진동성 출력 운동으로 변환시키기 위해 평형 링크 시스템을 작동시키는 연속 회전하는 입력 드라이버(예를 들면, DC 또는 AC 모터)를 사용한다.
기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템은 입력 구동 운동을 위한 DC 구동 모터의 사용 및 비교적 저렴한 성형 플라스틱 부품의 사용으로 인해 기존의 전자기 음파 칫솔 시스템보다 제조 비용이 저렴할 수 있다. 기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템은, 부분적으로 그 균형추로 인해, 그 기계적 구동이 진동 및 소음 레벨이 낮은 음파 출력 운동을 제공할 수 있게 한다. 중량(즉, 선택된 질량의 플러그 또는 기타 부품)은 아음속에서 음속까지의 다양한 출력 진동 속도에서 이들 감소된 진동 및 소음 레벨을 생성하도록 맞춤 변경될 수 있다. 기계적 구동의 이러한 맞춤 변경된 중량 태양은, 브러시 제조 중에 밸런스 부품을 변경함으로써 단일의 기본 시스템 설계가 광범위한 아음속 내지 음속 브러시 출력 및 모델에 사용될 수 있게 한다.
따라서, 본 명세서에 개시된 예시적인 기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템은 기계적 진동 및 소음 레벨이 극히 낮은 상태에서 진동 음속 칫솔 출력 운동을 제공하는 연속 회전하는 입력 구동 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 예시적인 기계적으로 구동되는 음파 칫솔 시스템은 낮은 제조 비용으로 음파 칫솔 시스템을 제공한다.
본 명세서에서 "음파" 또는 "음속"의 사용은 칫솔의 브러시 헤드의 진동 주파수를 지칭하며, 이러한 주파수가 가청 주파수 범위(즉, 20Hz 내지 20,000Hz 사이) 내에 있음을 의미한다. 통상적으로, 음파 칫솔은 초당 200 내지 300 사이클(cycles/sec)의 범위에서 작동한다. 본 명세서에 개시된 기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템의 예시적 실시예에서, 모터는 초당 200 내지 300 회전(즉, 12,000 내지 18,000 rpm)으로 작동할 수 있다.
본 명세서에 개시된 기계적으로-구동되는 음파 칫솔 시스템(10)의 예시적 실시예가 도 1에 도시되어 있으며, 이는 시스템(10)의 브러시 단부 등각도이다. 도 1에 도시하듯이, 시스템(10)은 브러시 단부(12), 상기 브러시 단부와 대향하는 베이스 단부(14), 상기 단부(12, 14) 사이에서 연장되고 시스템(10)의 표면을 형성하는 하우징(16), 및 시스템(10)이 그 위에서 주방용 조리대와 같은 편평면 상에 직립할 수 있는 대체로 평탄한 베이스(18)를 구비한다. 브러시 샤프트(20)는 브러시 단부(12)에서 하우징(16)에 의해 둘러싸이는 후술되는 시스템 구동 조립체로부터 하우징(16) 밖으로 연장된다. 브러시 단부(12)에서 하우징(16)과 샤프트(20) 사이에는 샤프트 시일(21)이 샤프트(20) 주위로 연장되며, 샤프트 시일은 하우징 내부로의 유체 침투를 방지하면서 샤프트(20)의 진동을 허용하도록 구성된다.
하우징(16)은 사용자의 손에 인간공학적으로 맞도록 대략 원통형의 형상을 가질 수 있다. 원통형 형상은 브러시 단부(12)로부터 하우징(16) 길이의 대략 1/3에 걸쳐서 브러시 단부(12)의 방향으로 테이퍼질 수 있다. 하우징(16) 상에 제어 버튼(22)이 지지되며, 이 제어 버튼은 시스템 구동 조립체를 온 오프 사이에서 작동시키며 또한 일부 경우에는 광범위한 속도 사이에서 작동시킨다. 제어 버튼(22) 주위로 연장되는 영역에서 하우징(16) 상에는 면판(face plate)(23)이 지지된다. 브러시 샤프트(20)의 단부에는 칫솔(25)(가상선으로 도시됨)이 장착된다. 칫솔(25)은 다수의 칫솔모(27)를 구비한다.
하우징(16)이 제거된 상태의 시스템(10)의 각각 측면도 및 저면 등각도인 도 2 및 도 3에 도시하듯이, 시스템(10)은 베이스 단부(14)를 향해서 연장되는 섀시(24) 및 브러시 단부(12)를 향해서 연장되는 구동 브래킷 또는 섀시(26)에 의해 형성되는 내부 지지 구조물을 구비한다. 보빈 주위에 감기는 유도 코일(28)이 평탄 베이스(18)의 내측과 섀시(24)의 베이스 단부(14)측 사이에 배치된다. 유도 코일(28)에는 재충전 가능한 배터리 팩(30)이 전기적으로 결합되며, 이 배터리 팩은 충전기 코일(28)의 브러시 단부(12)측에서 섀시(24)의 포켓 내에 지지된다.
도 2 및 도 3에 도시하듯이, 전기 DC 모터(32)는 섀시(24)와 구동 브래킷(26)의 중첩부 근처에서 섀시(24)와 구동 브래킷(26)의 지지에서 벗어나 있다. 모터(32)는 섀시(24) 및 구동 브래킷(26)의 지지에서 벗어나 있는 인쇄 회로 기판(34)의 전기 제어 회로(33)를 거쳐서 배터리 팩(30)에 전기적으로 결합된다. 전기 제어 회로(33)는 모터(32)를 다양한 상태(예를 들면, 온, 오프, 고속, 저속 등)로 작동시키도록 제어 버튼(22)에 의해 조작된다. 일 실시예에서, 모터(32)를 제어하는 전기 제어 회로(33)는 주파수 및 모터 속도의 정확한 제어를 가능하게 하는 하나 이상의 트림팟(trim pot)을 구비한다.
구동 브래킷(26)과 구동 브래킷 상에 지지되는 부품의 각각 평면 등각도 및 저면 등각도인 도 4 및 도 5에 도시하듯이, 시스템 구동 조립체(36)는 구동 브래킷(26)의 포켓 내에 지지된다. 구동 조립체(36)는 모터(32)의 출력 샤프트(37)가 연속으로 회전할 때 브러시 샤프트(20)가 음속으로 진동하도록 모터(32)의 출력 샤프트(37)를 브러시 샤프트(20)에 기계적으로 결합시킨다.
구동 브래킷(26)과 구동 브래킷 상에 지지되는 부품의 각각 평면 등각도와 제1 및 제2 부분 분해도인 도 6, 도 7 및 도 10에 도시하듯이, 구동 브래킷(26)은 전방 베어링 링(38) 및 후방 베어링 링(40)을 구비한다. 후방 베어링 링(40)은, 베어링 링(40)의 상측 부분을 형성하는 베어링 브래킷(41)이 후방 베어링 링(40)의 하측 부분을 형성하는 구동 브래킷(26)에 장착되는 멀티-피스일 수 있다. 전방 베어링 링(38)은 부싱 또는 베어링(42)을 구비하며, 후방 베어링 링(40)은 부싱 또는 베어링(44)을 구비한다. 베어링(42, 44)은 일부 실시예에서 볼 타입 베어링 또는 롤러 타입 베어링일 수 있다. 후방 베어링 링(40)의 베어링(44)은 브러시 샤프트(20)의 후방 단부를 지지하며, 전방 베어링 링(38)의 베어링 링(42)은 브러시 샤프트(20)의 중점 근처에서 브러시 샤프트(20)를 지지한다.
도 4 및 도 5를 도 6과 비교함으로써 알 수 있듯이, 전방 베어링 링(38) 주위에는 격리 댐퍼(46)가 연장되며, 이 격리 댐퍼는 댐퍼(46)와 시스템(10)의 가동 부품을 둘러싸는 하우징(16)으로부터 시스템(10)의 가동 부품을 진동 격리시키는 작용을 한다.
브러시 샤프트(20)의 전방 등각도인 도 8에 도시하듯이, 구동 조립체(36)와 모터(32)는 작동을 위해 기계적으로 함께 결합된다. 베어링(42, 44)은 샤프트(20)를 지지하며, 샤프트(20)의 후방 단부는 구동 조립체(36)의 전방 단부를 형성하는 로커 암(48)에 수용된다. 또한, 모터 출력 샤프트(37)는 구동 조립체(36)의 후방 단부를 형성하는 모터 크랭크 암(50) 내로 연장된다. 모터 크랭크 암(50)은 도그본(dog bone) 커플러(52)를 거쳐서 로커 암(48)에 결합된다. 편심 핀(53)은 지지 부싱(54)에 수용되도록 모터 크랭크 암(50)으로부터 커플러(52)의 하측 부분을 통해서 연장된다. 편심 핀(53)은 캠으로서 작용하며, 커플러(52)의 하측 부분이 모터 샤프트(37)의 축 주위로 회전하게 만든다.
도 8에서 모터(32), 후방 베어링(44) 및 부싱(54)이 제거된 상태의 도면인 도 9에 도시하듯이, 브러시 샤프트(20)의 전방 단부는 브러시 헤드(도시되지 않음)와 결합하도록 구성된다. 예를 들어, 브러시 샤프트(20)는 그 전방 단부에 평탄 영역(56)을 구비할 수 있다. 브러시 샤프트(20)의 후방 단부는 로커 암(48)과 결합하도록 구성된다. 예를 들어, 브러시 샤프트(20)는 그 후방 단부에 평탄 영역(58)을 구비할 수 있다.
구동 조립체(36) 및 샤프트(10)의 분해 등각도인 도 10에 도시하듯이, 모터 크랭크 암(50)은 점선 A 및 A'로 도시하듯이 모터 크랭크 암(50)의 개구(61)에 확고하게 수용되는 균형추(60)를 구비한다. 마찬가지로, 로커 암(48)은 점선 B로 도시하듯이 로커 암(48)의 개구(63)에 확고하게 수용되는 균형추(62)를 구비한다. 균형추(60, 62)는 구동 조립체(36)의 소음 및 진동을 줄이기 위해 균형추(60, 62)가 장착되는 구동 조립체(36)의 부품들을 균형(counterbalance)잡도록 작용할 수 있다.
도 10에 도시하듯이, 편심 핀(53)의 후방 단부(53')는 점선 C로 도시하듯이 모터 크랭크 암(50)에 확고하게 수용된다. 편심 핀(53)의 대직경 편심 중간 부분(53")은 도그본 커플러(52)의 하부 개구(65)에 확고하게 수용되는 베어링(66)에 회전 수용되며, 편심 핀(53)의 전방 단부(53'")는 부싱(54)에 회전 수용된다. 이 모든 것은 점선 D로 도시되어 있다. 로커 암(48)의 피봇 핀(67)은 점선 E로 도시하듯이, 도그본 커플러(52)의 상부 개구(69)에 확고하게 수용되는 베어링(68)에 피봇식으로 또는 진동식으로 수용된다. 마지막으로, 전술했듯이, 브러시 샤프트(20)는 베어링(42, 44) 내에 피봇식으로 또는 진동식으로 배치되며, 샤프트(20)의 후방 단부는 로커 암(48)의 개구(70)에 확고하게 수용되고, 이 모든 것은 점선 F로 도시되어 있다.
구동 조립체(36)의 주요 부품 중 일부의 특징에 대한 논의를 위해서, 도 11, 도 12 및 도 13을 참조한다. 도 11은 구동 조립체(36)의 주요 부품의 분해 전방 등각도이다. 도 12는 구동 조립체(36)의 주요 부품의 분해 측면 등각도이다. 도 13은 구동 조립체(36)의 주요 부품의 분해 후방 등각도이다. 도 11, 도 12 및 도 13에 도시하듯이, 모터 크랭크 암(50)은 중심축 개구(71), 이중 로브(lobe) 부분(72), 원통형 부분(74), 원추형 부분(76), 및 균형추(60) 수용 개구(61)를 구비한다. 로브 부분(72)은 소형 로브(78) 및 상기 소형 로브(78)로부터 중심축 개구(71)와 대향하는 대형 로브(80)를 갖는다. 로브(78, 80) 각각은 각각의 로브(78, 80)에 대략 중심맞춤되는 균형추-수용 개구(61)를 구비한다. 원통형 부분(74)은 로브 부분(72)의 후방으로 연장되며 원추형 부분(76)은 로브 부분(72)의 전방으로 연장된다. 중심축 개구(71)는 모터 크랭크 암(50)을 통해서 후방에서 전방으로 연장되며, 원통형 부분(74)의 최후방면에서 시작하고 원추형 부분(76)의 최전방면에서 종료된다. 중심축 개구(71)는 원통형 부분(74)의 축과 대체로 동축적이다.
도 11, 도 12 및 도 13에 도시하듯이, 로커 암(48)은 로브형(lobed) 부분(82), 원통형 부분(84) 및 중심축 개구(70)를 구비한다. 원통형 부분(84)은 로브형 부분(82)으로부터 전방으로 연장된다. 중심축 개구(70)는 원통형 부분(84)의 축과 대체로 동축적이고, 브러시 샤프트(20)의 후방 단부와 확고하게 결합되도록 성형되며, 예를 들어 중심축 개구(70)는 브러시 샤프트의 평탄 영역(58)에 대응하기 위한 평탄 영역(88)을 가질 수 있고 또한 추가 결합 특징부를 제공하기 위한 슬롯 또는 키홈(89)을 가질 수 있다. 로브형 부분(82)은 테이퍼형 로브(90) 및 상기 테이퍼형 로브(90)로부터 중심축 개구(61)와 대향하는 라운드형 로브(92)를 구비한다. 테이퍼형 로브(90)는 이 테이퍼형 로브(90)로부터 후방으로 연장되고 중심축 개구(70)의 축에 대략 평행한 축을 갖는 피봇 핀(67)을 구비한다. 라운드형 로브(92)는 라운드형 로브(92)로부터 후방으로 연장되고 균형추(62) 수용 개구(63)를 갖는 증가된 두께의 가중(weighted) 영역(94)을 구비한다.
도 11, 도 12 및 도 13에 도시하듯이, 편심 핀(53)은 후방 단부 샤프트(53'), 대직경 편심 중간 부분(53") 및 전방 단부 샤프트(53'")를 구비한다. 후방 단부 샤프트(53')는 중간 부분(53")으로부터 후방으로 연장되고 전방 단부 샤프트(53'")는 중간 부분(53")으로부터 전방으로 연장된다. 도 11, 도 12 및 도 13으로부터 알 수 있듯이, 후방 단부 샤프트(53')와 전방 단부 샤프트(53'")는 공통 피봇 축을 공유하며, 대직경 편심 중간 부분(53")은 전방 및 후방 단부 샤프트(53', 53'")에 대해 편심되어 있고, 전방 및 후방 단부 샤프트(53', 53'")의 공통 피봇 축에 대해 오프셋되지만 평행한 피봇 축을 갖는다.
도 11, 도 12 및 도 13에 도시하듯이, 도그본 커플러(52)는 모래시계 형상을 가질 수 있으며, 제2 라운드형 단부 부분(100)(로커 암 결합부)으로 연장되는 소직경 중간 부분(98)으로 연장되는 제1 라운드형 단부 부분(96)(모터 크랭크 암 결합부)을 구비할 수 있다. 제1 단부 부분(96)은 모터 크랭크 암(50)의 원추형 부분(76) 및 편심 핀(53)을 수용하는 개구(65)를 구비한다. 제2 단부 부분(100)은 로커 암(48)의 피봇 핀(67)을 수용하는 개구(69)를 구비한다. 일 실시예에서, 도그본 커플러(52)에 사용되는 베어링(66)은 모델 R 133ZZS이며, 출력 브러시 샤프트(20) 용으로 사용되는 베어링(44)은 모델 MR 104ZZ 볼 베어링이다.
모터 구동 샤프트(37)가 단일 회전 방향으로 연속 회전하는 결과로 구동 조립체(36)가 브러시 샤프트(20)를 전후로 진동시키는 구동 조립체(36)의 작동에 대한 논의를 위해서, 도 8, 도 14 및 도 15를 참조한다. 도 14는 단면이 모터 구동 샤프트(37)와 편심 핀(53)의 축을 통해서 연장되는 것으로 도시된 것을 제외하고, 도 8에 도시된 모터(32), 구동 조립체(36) 및 브러시 샤프트(20)와 대체로 동일한 등각도이다. 도 15는 단면이 로커 암(48)의 피봇 핀(67)의 축을 통해서 연장되는 것으로 도시된 것을 제외하고, 도 8에 도시된 모터(32), 구동 조립체(36) 및 브러시 샤프트(20)와 대체로 동일한 등각도이다.
도 8 및 도 14로부터 알 수 있듯이, 모터(32)가 제어 버튼(22)에 의해 동작 실행되도록 조작되면, 모터 크랭크 암(50)의 중심축 개구(71)(도 11 내지 도 13 참조)에 확고하게 수용되는 모터 구동 샤프트(37)는 제어 버튼(22)이 모터(32)를 정지시키도록 꺼질 때까지 단일 회전 방향으로 연속적으로 회전한다. 편심 핀(53)의 후방 단부 샤프트(53')는 크랭크 암(50)의 중심축 개구(71)에 확고하게 수용된다. 편심 핀(53)의 대직경 편심 중간 부분(53")은 도그본 커플러(52)의 개구(65)(도 11 내지 도 13 참조)에 확고하게 수용되는 베어링(66) 내에 회전식으로 수용된다. 편심 핀(53)의 전방 단부 샤프트(53'")는 도 3에 도시하듯이 구동 브래킷(26) 상의 고정 위치에 장착되는 부싱(54)에 회전식으로 수용된다. 따라서, 회전하는 모터 구동 샤프트(37)는 모터 크랭크 암(50) 및 편심 핀(53)이 동일한 방향으로 회전하게 만든다. 따라서, 편심 핀(53)의 대직경 편심 중간 부분(53") 및 전방 단부 샤프트(53'")는 베어링(66, 54) 내에서 각각 동일 방향으로 회전한다. 대직경 편심 중간 부분(53")의 회전은 도그본 커플러(52)가 전후로 운동하게 또는 다시 말해서 진동하게 만든다.
도 8, 도 14 및 도 15로부터 알 수 있듯이, 피봇 핀(67)은 도그본 커플러(52)의 개구(69)(도 11 내지 도 13 참조)에 확고하게 수용되는 베어링(68)에 피봇식으로 또는 진동식으로 수용된다. 따라서, 도그본 커플러(52)의 전후 또는 진동 변위는 테이퍼형 로브(90)가 로커 암(48)의 중심축 개구(70)(도 11 내지 도 13 참조)의 축 주위로 전후 변위 또는 진동하게 만든다. 그 결과, 로커 암(48) 및 브러시 샤프트(20)는 샤프트(20)의 종축 주위로 전후 피봇 또는 진동하게 된다.
상기 논의로부터 알 수 있듯이, 일부 실시예에서, 회전 모터 운동을 진동성 출력 브러시 샤프트 운동으로 변환하기 위해 사용되는 구동 조립체(36)는 4바(four bar) 링크 장치일 수 있다. 다양한 링크 부품의 소요 균형/불균형은 소요 작동 속도뿐 아니라 진동성 출력 운동의 소요 변위에 관련된다(즉, 상이한 작동 속도 및 진동 운동 변위는 상이한 부품 균형/불균형을 채용한다). 일 실시예에서는, 소요 설계 작동 속도 및 변위에 기초하여 진동 및 소음을 최소화하도록 다양한 링크 부품의 소정 질량 중심 위치를 계산하기 위해 설계 소프트웨어 프로그램(예를 들면, 유한 요소 해석 소프트웨어)이 사용될 수 있다. 각각의 부품에 대한 균형/평형추(60, 62)의 특정 크기 및 위치는 이후, 소정 질량 중심 위치를 만족시키기 위해 부품에 사용되는 재료의 질량 및 기구 엔벨로프의 공간 제약에 기초하여 확정될 수 있다.
예시적 실시예에서, 모터 구동 샤프트(50), 도그본 커플러(52), 로커 암(48) 및 브러시 샤프트(20)는 폴리머 재료로 형성될 수 있으며, 균형추(60, 62)는 예를 들어 스테인레스 스틸, 텅스텐 등과 같은 금속 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 구동 조립체 부품 및 균형추는 다른 재료로 형성될 수도 있다.
모든 방향성 언급(예를 들면, 근위, 원위, 상부, 하부, 상향, 하향, 좌, 우, 횡방향, 종방향, 전, 후, 상, 하, 위, 아래, 수직, 수평, 반경방향, 축방향, 시계방향 및 반시계방향)은 본 발명에 대한 독자의 이해를 돕기 위해서 식별 목적으로만 사용되며, 특히 위치, 배향 또는 발명의 사용에 관하여 제한을 두지 않는다. 연결 언급(예를 들면, 부착, 결합, 연결, 접합)은 광의로 해석되어야 하며, 달리 명시되지 않는 한 다수의 요소 사이의 중간 부재 및 다수의 요소 사이의 상대 운동을 포함할 수 있다. 따라서, 연결 언급이 두 개의 요소가 서로에 대해 확고하게 직접 연결되는 것을 반드시 의미하지는 않는다. 예시적 도면은 단지 예시를 위한 것에 불과하며, 첨부 도면에 반영된 치수, 위치, 순서 및 상대 크기는 변경될 수 있다.
상기 내용, 예 및 데이터는 청구범위에서 한정되는 본 발명의 예시적 실시예의 구성 및 사용에 대한 완전한 설명을 제공한다. 이상에서 본 발명의 다양한 실시예를 어느 정도의 구체성을 갖고 또는 하나 이상의 개별 실시예를 참조하여 설명했지만, 당업자는 본 발명의 취지 또는 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 개시된 실시예에 대해 여러 가지 변경을 수행할 수 있다. 따라서 다른 실시예가 고려된다. 상기 설명에 포함되고 첨부도면에 도시된 모든 사항은 특정 실시예의 예시에 불과하고 비제한적인 것으로 해석되어야 한다. 하기 청구범위에서 한정되는 발명의 기본 요소를 벗어나지 않는 한도 내에서 세부내용 또는 구성의 변경이 이루어질 수 있다.

Claims (28)

  1. 구동 샤프트를 구비하는 전기 모터로서, 전기 모터가 작동될 때 구동 샤프트는 모터가 정지될 때까지 연속적으로 회전하는 전기 모터;
    브러시 샤프트; 및
    상기 구동 샤프트와 상기 브러시 샤프트 사이에 결합되는 바 링크 장치로 구성되는 구동 조립체를 포함하는 칫솔이며,
    상기 바 링크 장치는,
    상기 브러시 샤프트에 작동적으로 결합되는 제1 단부와 제2 단부를 구비하는 커플러와,
    상기 커플러의 제2 단부 내에 회전식으로 수용되는 편심 핀을 포함하고,
    상기 편심 핀은 구동 샤프트의 축과 축방향으로 정렬되는 후방 단부 샤프트와, 구동 샤프트의 축으로부터 축방향으로 오프셋되는 중간 부분을 구비하며,
    상기 구동 샤프트의 회전은 편심 핀이 제2 단부 내에서 회전하게 만들고,
    상기 편심 핀의 회전은 커플러를 진동하게 하여, 구동 샤프트의 회전을 브러시 샤프트의 단부에 지지되는 칫솔 헤드의 음파 진동으로 변환시키는 칫솔.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 바 링크 장치는 구동 샤프트와 커플러 사이에 상호연결되는 크랭크 암을 더 포함하는 칫솔.
  4. 제3항에 있어서, 상기 크랭크 암은 제1측에서 구동 샤프트에 확고하게 연결되고, 제1측에 대향하는 제2측에서는 편심 핀의 후방 단부 샤프트에 확고하게 연결되는 칫솔.
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서, 상기 크랭크 암은 바 링크 장치의 질량 중심을 변경시키고 바 링크 장치에 균형 또는 불균형을 부여하기 위해 추가 중량 부품을 더 포함하는 칫솔.
  7. 제1항에 있어서, 상기 바 링크 장치는 커플러와 브러시 샤프트 사이에 피봇식으로 상호연결되는 로커 암을 더 포함하는 칫솔.
  8. 제7항에 있어서, 상기 로커 암은 제1 회전축에서 커플러에 피봇 연결되고, 상기 브러시 샤프트는 제2 회전축에서 커플러에 피봇 연결되는 칫솔.
  9. 제7항에 있어서, 상기 로커 암은 바 링크 장치의 질량 중심을 변경시키고 구동 조립체에 균형 또는 불균형을 부여하기 위해 추가 중량 부품을 더 포함하는 칫솔.
  10. 제1항에 있어서, 상기 바 링크 장치는,
    상기 구동 샤프트와 상기 커플러 사이에 상호연결되는 크랭크 암;
    상기 커플러와 상기 브러시 샤프트 사이에 상호연결되는 로커 암; 및
    구동 조립체의 질량 중심을 변경시키고 구동 조립체에 균형 또는 불균형을 부여하기 위해 상기 크랭크 암 또는 상기 로커 암에 부착되는 하나 이상의 추가 중량 부품을 더 포함하는 칫솔.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전기 모터를 수용하는 핸들 부분; 및
    상기 핸들 부분 내에 수용되고 상기 전기 모터와 전기적으로 연결되는 전원을 더 포함하는 칫솔.
  12. 제1항에 있어서, 상기 전기 모터가 부착되고 상기 브러시 샤프트가 회전 장착되는 브래킷을 더 포함하는 칫솔.
  13. 제1항에 있어서, 상기 전기 모터는 12,000 rpm 내지 18,000 rpm의 속도로 연속 회전하는 칫솔.
  14. 진동하는 칫솔모 운동을 제공하는 칫솔이며,
    출력 샤프트를 포함하는 연속 회전하는 구동 시스템;
    브러시 샤프트; 및
    상기 구동 시스템과 상기 브러시 샤프트 사이의 바 링크 장치를 포함하고,
    상기 바 링크 장치는,
    상기 브러시 샤프트에 작동적으로 결합되는 제1 단부와 제2 단부를 구비하는 커플러와,
    상기 커플러의 제2 단부 내에 회전식으로 수용되는 편심 핀을 포함하고,
    상기 편심 핀은 구동 시스템의 출력 샤프트와 축방향으로 정렬되는 후방 샤프트와, 구동 시스템의 출력 샤프트로부터 축방향으로 오프셋되는 중간 부분을 구비하며,
    상기 출력 샤프트의 회전은 편심 핀이 제2 단부 내에서 회전하게 만들고,
    상기 편심 핀의 회전은 커플러가 진동성 음속 출력 운동을 브러시 샤프트에 제공하게 하는 칫솔.
  15. 제14항에 있어서, 상기 바 링크 장치는 바 링크 장치의 질량 중심을 변경시키고 바 링크 장치에 균형 또는 불균형을 부여하기 위해 상이한 질량의 다른 착탈식 질량 부품으로 제거 교체될 수 있는 하나 이상의 착탈식 질량 부품을 더 포함하는 칫솔.
  16. 제14항에 있어서, 상기 구동 시스템의 출력 샤프트는 상기 브러시 샤프트의 축으로부터 축방향으로 오프셋되는 칫솔.
  17. 제14항에 있어서, 상기 바 링크 장치는 바 링크 장치의 일부가 구동 시스템의 출력 샤프트 주위로 회전하게 만드는 캠을 더 포함하는 칫솔.
  18. 제14항에 있어서, 상기 브러시 샤프트의 진동 운동은 초당 200 내지 300 사이클인 칫솔.
  19. 연속 회전하는 구동 시스템, 브러시 샤프트, 및 상기 구동 시스템과 브러시 샤프트 사이의 링크 장치를 갖는 음파 칫솔의 설계 방법이며,
    상기 링크 장치에 대해 유한 요소 해석을 수행하는 단계; 및
    상기 유한 요소 해석에 기초하여 링크 장치 내의 중량 분포를 결정하여 링크 장치의 질량 중심을 위치결정하고 링크 장치에 균형 또는 선택된 불균형을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 질량 중심을 변경하거나 선택된 불균형을 변경하기 위해 링크 장치 내의 하나 이상의 교체가능한 중량을 조절하는 단계를 더 포함하는 방법.
  21. 핸들과,
    상기 핸들에 연결되는 제1 단부와, 제1 단부에 대향하는 제2 단부 상에 배치된 복수 개의 칫솔모를 구비하는 브러시 헤드와,
    상기 핸들 내에 수용되는 모터와,
    상기 브러시 헤드에 연결되고 모터에 연결되는 브러시 샤프트와,
    상기 모터와 브러시 샤프트 사이에 결합되는 링크 장치를 포함하는 칫솔이며,
    상기 링크 장치는,
    브러시 샤프트에 작동적으로 결합되는 제1 단부와 제2 단부를 구비하는 커플러와,
    모터에 연결되고, 적어도 부분적으로 커플러의 제2 단부 내에 회전식으로 수용되는 편심 핀을 포함하고,
    상기 편심 핀은 모터의 출력 축과 축방향으로 정렬되는 제1 축과, 모터의 출력 축으로부터 축방향으로 오프셋되는 제2 축을 구비하는 칫솔.
  22. 제21항에 있어서, 상기 커플러는 제1측에서 브러시 샤프트에 연결되고, 제1측에 대향하는 제2측에서 편심 핀에 연결되는 칫솔.
  23. 제21항에 있어서, 브러시 샤프트를 수용하고, 브러시 샤프트의 제1 단부에 인접하게 배치되는 제1 베어링과,
    브러시 샤프트를 수용하고, 브러시 샤프트의 중간지점 부근에 배치되는 제2 베어링을 더 포함하는 칫솔.
  24. 제21항에 있어서, 상기 편심 핀은 출력 축으로부터 오프셋된 질량 중심을 갖는 캠 부분을 포함하는 칫솔.
  25. 제24항에 있어서, 상기 캠 부분은 편심 핀의 제1 축에 평행하고 편심 핀의 제1 축으로부터 오프셋되어 있는 피봇 축을 포함하는 칫솔.
  26. 제21항에 있어서, 모터에 의한 편심 핀의 회전은 커플러가 커플러의 축을 중심으로 진동하게 하는 칫솔.
  27. 제21항에 있어서, 브러시 샤프트는 브러시 샤프트의 종축을 중심으로 진동하는 칫솔.
  28. 제27항에 있어서, 브러시 샤프트의 종축은 출력 축에 평행한 축과 정렬되지만, 출력 축으로부터 오프셋되는 칫솔.
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