KR101658763B1 - 구강 위생 기구 - Google Patents

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니클라스 알트만
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더 질레트 컴퍼니 엘엘씨
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Abstract

본 명세서에는 구강 위생 기구가 기술된다. 구강 위생 기구는 손잡이(12), 헤드(14), 및 손잡이(12)와 헤드 (14) 사이에 배치된 목부(16)를 포함한다. 헤드(14)는 복수의 접촉 요소(20)를 포함한다. 표시 요소(30)는 구강 위생 요소의 목부(16)와 손잡이 (12) 사이에 위치된다. 전달 요소(33)는 표시 요소(30)와 발광원(245) 사이에 위치된다. 발광원(245)은 전자기 에너지를 전달 요소(33)에 제공한다.

Description

구강 위생 기구{ORAL HYGIENE IMPLEMENT}
본 발명은 구강 위생 기구에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 표시 요소를 포함하는 구강 위생 기구에 관한 것이다.
치아를 세정하기 위해 칫솔을 이용하는 것은 오래전부터 알려져 왔다. 사용자가 이용가능한 2개의 주요 부류의 칫솔들, 수동 칫솔 및 전동 칫솔이 있다. 수동 칫솔의 경우, 세정 동작의 대부분을 대체로 사용자가 제공한다. 그에 반해서, 전동 칫솔의 경우, 세정 동작의 대부분은 칫솔에 의해 제공된다. 전동 칫솔은 대체로 브러시 헤드를 구동하기 위한 구동 메커니즘을 포함한다. 칫솔이 구동 메커니즘을 포함하기 때문에, 전동 칫솔은 일반적으로 수동 칫솔보다 더 많은 생산 비용이 든다. 전동 칫솔은 사용자에게 추가의 특징들을 또한 제공할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 전동 칫솔은 브러시 헤드가 사용된 시간을 기록할 수 있고 브러시 헤드의 교체 시간을 사용자에게 표시할 수 있다. 다른 예로서, 몇몇 전동 칫솔은 사용자가 미리 정해진 시간 동안 칫솔질을 한 때에 관해 사용자에게 표시를 제공할 수 있다.
이러한 표시 수단은 전통적으로 칫솔의 전면, 즉 강모를 갖는 면 또는 영역에 존재해 왔다. 그러나, 사용 동안 칫솔은 여러 방향으로 이동되어, 칫솔의 단지 일 면 또는 영역에 위치된 표시 수단은 사용자에게 항상 가시적이지 않을 수 있다. 따라서, 사용 중에 가시적인 표시 수단을 사용자에게 제공할 수 있는 개인 위생 기구에 대한 필요성이 존재한다.
원주를 갖는 손잡이, 헤드, 및 손잡이와 헤드 사이에 배치된 목부를 포함하는 구강 위생 기구가 제공되는데, 헤드는 복수의 접촉 요소를 포함하고, 구강 위생 기구는 외부 측 표면을 갖는 표시 요소; 전자기 에너지 출력원; 출력원과 전자기 에너지 연통하는 전달 요소; 전달 요소와 전자기 에너지 연통하는 바닥 에지를 갖는 전달 요소 링; 및 전달 요소 내에 배치된 반사 코어를 추가로 포함하고, 반사 코어는 전자기 에너지를 출력원으로부터 표시 요소로 방향전환시킨다.
손잡이, 헤드, 및 손잡이와 헤드 사이에 배치된 목부를 포함하는 구강 위생 기구가 제공되는데, 헤드는 복수의 접촉 요소를 포함하고, 구강 위생 기구는 외부 측 표면을 갖는 표시 요소; 전자기 에너지 출력원; 출력원과 전자기 에너지 연통하는 전달 요소; 외주연을 갖고 전달 요소와 전자기 에너지 연통하는 전달 요소 링을 추가로 포함하고, 전달 요소 링은 전자기 에너지를 출력원으로부터 표시 요소로 방향전환시킨다.
표시 요소; 전자기 에너지 출력원; 출력원과 전자기 에너지 연통하는 전달 요소; 및 하나 이상의 표면 윤곽을 포함하고 전달 요소와 전자기 에너지 연통하는 전달 요소 링을 포함하는 표시자 메커니즘이 제공되는데, 전달 요소 링은 전자기 에너지를 출력원으로부터 표시 요소로 방향전환시킨다.
도 1은 본 발명에 따라 구성된 구강 위생 기구, 예를 들어 칫솔을 도시하는 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따라 구성된 구강 위생 기구, 예를 들어 칫솔을 도시하는 평면도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 표시자 메커니즘을 도시하는 정면도이다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 표시자 메커니즘의 단면도이다.
도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 표시자 메커니즘의 단면도이다.
도 4a는 도 3의 일부를 도시하는 확대도이다.
도 4b는 도 3의 일부를 도시하는 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 표시자 메커니즘의 단면도이다.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 실시예에 따른 표시자 메커니즘의 일부를 도시하는 확대도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 표시자 메커니즘의 일부를 도시하는 확대도이다.
도 7a는 단면선 7A-7A를 따른 도 7의 표시자 메커니즘 부분의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 표시자 메커니즘의 일부를 도시하는 확대도이다.
도 8a는 단면선 8A-8A를 따른 도 8의 표시자 메커니즘 부분의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 표시자 메커니즘의 사시도이다.
도 9a는 단면선 9A-9A를 통하여 절개된 도 9의 평탄 예시도이다.
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 전달 요소 링의 일부를 도시하는 확대도이다.
도 9c는 본 발명의 실시예에 따른 전달 요소 링의 일부를 도시하는 확대도이다.
도 9d는 본 발명의 실시예에 따른 전달 요소 및 전달 요소 링의 측면도이다.
도 9e는 본 발명의 실시예에 따른 전달 요소 및 전달 요소 링의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 표시자 메커니즘의 단면도이다.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 구강 위생 기구와 함께 사용하기에 적합한 예시적인 LED의 단면도이다.
하기 본문은 본 발명의 많은 상이한 실시예들에 대한 광범위한 설명을 기술한다. 이 설명은 단지 예시적인 것으로서 해석되어야 하며, 모든 가능한 실시예를 설명하는 것이 불가능하지는 않더라도 비현실적이므로 모든 가능한 실시예를 설명하지는 않으며, 본 명세서에 설명된 임의의 특징, 특성, 구성요소, 조성물, 성분, 제품, 단계 또는 방법은 삭제되거나, 본 명세서에 설명된 임의의 다른 특징, 특성, 구성요소, 조성물, 성분, 제품, 단계 또는 방법과 전체적으로 또는 부분적으로 조합되거나 이로 대체될 수 있음이 이해될 것이다. 많은 대안적인 실시예가 현재 기술 또는 본 특허의 출원일 이후에 개발된 기술을 사용하여 구현될 수 있고, 이는 여전히 특허청구범위의 범주 내에 속할 것이다.
용어가 본 특허에서 "본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 '______'는 본 명세서에서...을 의미하는 것으로 정의된다"는 문장 또는 유사한 문장을 사용하여 명확히 정의되지 않는 한, 그 용어의 의미를 그의 명백하거나 통상적인 의미를 벗어나, 명확히 또는 함축적으로 한정하려는 의도는 없으며, 그러한 용어는 (특허청구범위의 표현 이외의) 본 특허의 임의의 부분에서 이루어진 임의의 진술을 기초로 한 범주에서 한정되는 것으로 해석되지 않아야 하는 것으로 또한 이해되어야만 한다. 어떠한 용어도 필수적인 것으로 진술되지 않는 한 본 발명에 필수적인 것으로 의도되지 않는다. 본 특허의 마지막의 특허청구범위에서 상술된 임의의 용어가 단일 의미와 일관된 방식으로 본 특허에서 언급된다면, 이는 독자가 혼동하지 않도록 다만 명확성을 위하여 이루어지고, 그러한 특허청구범위의 용어가, 함축적으로 또는 다르게, 그 단일 의미에 한정되는 것으로 의도되지 않는다. 마지막으로, 특허청구범위 요소가 단어 "의미하다" 및 임의의 구조의 상술 없이 기능을 인용함으로써 정의되지 않는 한, 임의의 특허청구범위 요소의 범주는 35 U.S.C. § 112, 6번째 단락의 적용에 기초하여 해석되는 것으로 의도되지 않는다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "개인용 위생 도구"는 개인 위생을 목적으로 사용될 수 있는 임의의 도구를 의미한다. 일부 적합한 예에는 구강 위생 기구, 예를 들어, 수동 또는 전동의 칫솔; 수동 또는 전동 면도기; 수동 또는 전동 세이버; 트리머 등이 포함된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "구강 위생 도구"는 구강 위생을 목적으로 사용될 수 있는 임의의 장치를 의미한다. 이러한 장치의 일부 적합한 예에는 칫솔(수동 및 전동 둘 모두), 치실(수동 및 전동 둘 모두), 물 분사식 구강 세척기 등이 포함된다.
설명의 편의를 위해, 이하에 개시되는 구강 위생 도구는 전동 칫솔이겠지만, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따라 구성된 구강 위생 도구는 전동 칫솔 구성에 한정되지 않는다. 따라서, 이하 개시되는 실시예들은 블레이드, 면도기, 다른 개인용 위생 도구 등에 동일하게 적용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 칫솔(10)은 손잡이(12), 헤드(14), 및 손잡이(12)와 헤드(14) 사이에 연장된 목부(16)를 포함한다. 하나 이상의 접촉 요소를 포함하는 접촉 요소 필드(20)는 헤드(14)의 제1 표면(14a)으로부터 연장된다. 혀 클리너, 연조직 클리너, 마사지 요소 등이 헤드(14)의 제2 표면(14b) 상에 배치될 수 있다. 혀 클리너, 연조직 클리너, 마사지 요소 등은 이하에서 설명된다.
표시 요소(30)는 기단부(90)에 인접하여 목부(16)와 손잡이(12) 사이에 배치될 수 있다. 표시 요소(30)는 복수의 조건에 대해 사용자에게 가시적인 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 가시적인 신호는 사용자가 적절한 시간, 예를 들어 2분 동안 칫솔질을 할 때, 칫솔이 교체될 필요가 있을 때, 또는 과도한 압력이 치은을 손상시키기 때문에 사용자가 너무 강하게 칫솔질을 하고 있을 때 제공될 수 있다.
표시 요소(30)는 칫솔(10) 상의 임의의 적합한 장소에 위치될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 표시 요소(30)는 목부(16)를 둘러싸거나, 손잡이(12)를 둘러쌀 수 있다. 다른 예로서, 표시 요소(30)는 손잡이(12)의 일부, 목부(16)의 일부, 또는 이들 둘 모두를 둘러쌀 수 있다. 또 다른 예로서, 표시 요소(30)는 손잡이(12)의 후방-대면 표면(40b), 목부(16), 또는 이들 둘 모두 상에 배치될 수 있다. 또 다른 예로서, 표시 요소(30)는 손잡이(12)의 전방-대면 표면(40a), 목부(16), 또는 이들 둘 모두 상에 배치될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 접촉 필드 요소(20)는 축(31)을 중심으로 회전될 수 있도록 헤드(14) 상에 장착될 수 있다. 축(31)은 목부(16)의 종축(21)에 수직일 수 있다. 축(31)은 목부(16)의 종축(21)에 대해 경사져 있을 수 있다. 손잡이(12)는, 손잡이(12)의 내부 섹션을 형성하고 섀시(35)가 내부에 배치된 외부 쉘(212)을 포함한다. 섀시(35) 상에는 구동 모터(36), 동력원, 예컨대 배터리(37), 및 다른 전자 구성요소, 예를 들어, 충전용 코일(38)이 고정된다. 더욱이, 로커(rocker)(39)가 로커 축(40)을 중심으로 선회될 수 있도록 섀시(35) 상에 장착될 수 있다. 로커 축(40)은 손잡이(12)의 종축(55)에 횡단하여 연장된다. 로커(39)는 손잡이(12)로부터 돌출되어 있다. 목부(16)는 로커(39)의 돌출 단부에 해제가능하게 부착될 수 있다. 그 결과, 목부(16)는 로커(39)와 함께 로커 축(40)을 중심으로 요동될 수 있다.
로커(39)와 손잡이의 외부 쉘(212) 사이의 환형 공간은 밀봉 요소(270)에 의해 밀봉되고; 그에 의해서 외부 쉘(212)의 공동 내로 누입의 가능성을 감소시킬 수 있다. 밀봉 요소(270)는 임의의 적합한 밀봉 특징부를 포함할 수 있다. 밀봉 특징부의 일부 예는 외부 쉘(212)의 공동 내에서 압축 및 회복될 수 있는 변형가능 재료, O-링 등을 포함한다. 일부 실시예에서, 연성 재료가 섀시(35) 상으로 오버몰딩(overmolding)될 수 있고, 섀시(35) 및 외부 쉘(212)의 조립 동안 연성 재료는 시일(seal)을 형성하도록 외부 쉘(212)과 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 연성 재료는 외부 쉘(212)에 오버몰딩될 수 있고, 이어서 섀시(35)는 외부 쉘(212) 내에 삽입되고 연성 재료에 결합될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 연성 재료는 섀시(35)를 외부 쉘(212)에 부착하기 전에 섀시(35) 상에 배치되거나 또는 섀시(35)를 외부 쉘(212)에 부착하기 전에 외부 쉘(212) 상에 배치되는 별개의 요소일 수 있다. 소정 실시예에서, 표시 요소(30)는 로커(39)와 외부 쉘(212) 사이의 환형 공간을 밀봉할 수 있다.
더욱이, 소정 실시예에서, 표시 요소(30)에 제공되는 광과 같은 전자기 에너지는 또한 밀봉 요소(270)에 제공될 수 있다. 밀봉 요소(270)가 투명한 경우, 광은 표시 요소(30) 및 밀봉 요소(270)를 거쳐서 사용자에게 제공될 수 있다. 밀봉 요소(270)가 반투명인 경우, 광은 밀봉 요소(270)와 표시 요소(30)의 광 사이에 세기 또는 색 대비를 가질 수 있다. 밀봉 요소(270)가 안료로 착색되고 반투명하거나 투명한 경우, 표시 요소(30)에 제공되는 광은 밀봉 요소(270)의 안료 색상과 블렌딩되어 독특한 시각적 효과를 생성할 수 있다. 따라서, 제공된 광이 제1 색상을 포함할 수 있는 한편, 안료로 착색된 밀봉 요소(270)는 제2 색상을 포함할 수 있다.
제1 구동 샤프트(42)가 로커(39)의 내부에 배치된다. 탈착가능한 헤드(14) 및 목부(16)를 갖는 실시예에서, 목부(16)가 손잡이(12)에 부착된 경우, 제1 구동 샤프트(42)는 제2 구동 샤프트(43)와 회전 고정 방식으로 결합된다. 이어서, 제2 구동 샤프트(43)는 베벨-기어 스테이지(44)를 거쳐 회전축(31)을 중심으로 회전하도록 접촉 필드 요소(20)를 구동한다. 제1 구동 샤프트(42)의 모터 단부는 기어 메커니즘(45)을 거쳐 구동 모터(36)에 연결된다. 전동 칫솔(10)은 손잡이(12) 내에 구동 모터(36)로부터 외측으로 돌출된 모터 샤프트(46)를 추가로 포함한다. 모터 샤프트(46)의 연속적인 회전 운동은 기어 메커니즘(45)에 의해 제1 구동 샤프트(42)의 회전 진동 운동으로 변환된다. 결과적으로 접촉 필드 요소(20)는 왕복식으로 회전하도록 구동된다.
소정 실시예에서, 접촉 필드 요소(20)의 축(31)을 따르는 병진운동 스트로크 또는 피킹 운동(picking movement)이 로커(39)의 선회가능 배열에 의해 생성될 수 있다. 로커(39)는, 편심으로 설계되고 모터 샤프트(46) 상에 자체가 안착되어 있는 주기적으로 이동가능한 구동부(47)(여기서는 캠) 상에 안착된다. 접촉 필드 요소(20)로부터 떨어져 지향되는 로커(39)의 단부는 종동부(48)를 형성한다. 종동부(48)는 캠(47)의 만곡면 또는 주기 운동을 따르게 되어, 로커(39)가 왕복 요동 운동을 수행하게 한다. 이러한 목적을 위해, 예비응력 장치(49), 예를 들어, 스프링이 로커(39)의 종동부(48)를 캠(47)에 대항하여 바이어스시킨다. 바이어스가, 로커(39)를 통해, 접촉 필드 요소(20)를 그의 작동측 방향으로 가압하는 한편, 캠(47)은, 그의 대응하는 만곡면에 의해, 접촉 필드 요소(20)를 반대 방향으로 가압한다.
다양한 전자 요소들이 외부 쉘(212) 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 외부 쉘(212) 내에는, 타이밍 회로, 프로세서(240), 인쇄 회로 기판(PCB)(242), 또는 전자기 출력원(출력원)(245), 예를 들어, 음원, 광원, LED, 또는 이들의 조합이 내장될 수 있다. 외부 쉘(212)은 예를 들어 LED에 대한 역치 전압을 제공하기 위하여 추가의 전압이 요구되는 복수의 동력원을 수용할 수 있다.
섀시(35)는 프로세서(240), 또는 출력원(245)에 대한 지지를 제공할 수 있다. 동력원(37)은 프로세서(240), PCB(242), 또는 이들 둘 모두와 전기적으로 연결될 수 있고, 프로세서(240) 또는 PCB(242)는 출력원(245)과 전기적으로 연결될 수 있다. 도 2 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 출력원(245), 예를 들어, LED는 전달 요소(33)와 전자기 연통될 수 있다. 전달 요소(33)는 광과 같은 전자기 에너지를 출력원(245)으로부터 전달 요소 링(65) 및 표시 요소(30)로 전달할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 본 실시예에서 전달 요소(33), 전달 요소 링(65), 및 표시 요소(30)를 포함하는 표시자 메커니즘(61)이 도시되어 있다. 전달 요소(33)는 광과 같은 전자기 에너지를 출력원(245)으로부터 표시 요소(30)로 전달하도록 구성된다. 예를 들어, 출력원(245)이 LED인 경우에, 전달 요소(33)는 광 파이프, 도광부, 광섬유 등일 수 있다. 전달 요소(33)는 또한 전달 요소 링(65)을 포함할 수 있다. 전달 요소 링(65)은 칫솔 손잡이의 원주를 부분적으로 또는 완전히 횡단하도록 전달 요소(33)로부터 측방향으로 연장되어, 표시 요소(30) 전체에 걸쳐 광의 분포를 확산시킨다. 전달 요소(33)를 위해 선택된 재료는 광을 LED로부터 전달 요소(33)를 통하여 표시 요소(30)로 전달하는 완전 투명 재료, 투명 재료, 반투명 재료, 또는 이들의 조합일 수 있다. 전달 요소(33)를 위한 적합한 재료의 몇몇 예에는 유리, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 코폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 실리콘, 이들의 조합, 예를 들어 폴리에스테르 및 폴리카보네이트, 등이 포함된다.
일부 실시예에서, 표시 요소(30) 및 전달 요소(33)는 통합될 수 있다. 예를 들어, 전달 요소(33) 및 표시 요소(30)는 사출 성형 공정 동안 제1 재료로 일체로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전달 요소(33)는 표시 요소(30)와 별개의 부품일 수 있다. 전달 요소(33) 및 표시 요소(30)가 별개 부품인 이러한 실시예에서, 요소들(30, 33)은 전자기 에너지의 출력원(245)으로부터 전달 요소(33)를 통한 표시 요소(30)로의 전달을 허용하는 임의의 방식으로 서로에 대해 상대 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 3b에 도시된 바와 같이 표시 요소(30)는 전달 요소(33) 위에 위치될 수 있거나, 또는 도 3c에 도시된 바와 같이 전달 요소(33)는 표시 요소(30) 내에 부분적으로 포개질 수 있다. 다시 도 2를 참조하면, 일부 실시예에서, 표시 요소(30), 전달 요소(33), 및 섀시(35)는 일체로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 표시 요소(30) 및 전달 요소(33)는 일체로 형성될 수 있고 이어서 섀시(35)에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 표시 요소(30), 전달 요소(33), 및 외부 쉘(212)은 일체로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 표시 요소(30) 및 외부 쉘(212)은 일체로 형성될 수 있고 이어서 전달 요소(33)는 외부 쉘(212)에 부착될 것이다. 이러한 실시예의 이점은 칫솔용으로 감소된 개수의 구성요소가 필요하게 되어 조립의 비용 및/또는 시간을 줄일 수 있다는 점이다.
전달 요소(33)는 광과 같은 전자기 에너지를 내부 반사 또는 외부 반사에 의해 표시 요소(30)로 전달할 수 있다. 외부 반사는 광이 저굴절률(예를 들어, 공기)의 재료에서 생성되어 고굴절률(예를 들어, 알루미늄 또는 은)을 갖는 재료로부터 반사되는 반사다. 통상의 가정용 거울은 외부 반사로 작용한다.
내부 반사는 광이 고굴절률(예를 들어, 폴리카르보네이트)의 재료에서 생성되어 저굴절률(예를 들어, 공기 또는 진공 또는 물)을 갖는 재료로부터 반사되는 반사다. 광섬유 기술은 내부 반사의 원리로 작용한다.
굴절률은 임의의 재료를 통과할 때, 광이 굴절되거나 휘어지는 경향을 측정하는 재료의 광학적 속성이다. 광을 전도하지 않는 재료(예를 들어, 알루미늄)라도 굴절률을 갖는다.
전형적으로, 외부 반사는 광의 입사각이 법선 방향에 가까울 때(즉, 광이 표면에 직교하여 접근할 때), 가장 효율적이고, 입사각이 증가(급경사각으로 표면에 접근)함에 따라 저하된다. 반대로, 내부 반사는 큰 입사각에서 가장 효율적이고, 완만한 각도, 예를 들어 표면에 법선 방향에서는 반사되지 않는다. 내부 반사를 얻기 위해, 입사각은 임계각보다 커야 한다. 임계각은 그 각도 미만에서는 한 쌍의 재료 사이에서 더 이상 광이 반사되지 않는 각도이다.
다시 도 2를 참조하면, 외부 반사를 이용하는 본 발명의 실시예에 대해, 포일 또는 일부 다른 고 반사 재료가 외부 쉘(212), 섀시(35), 또는 이들 둘 모두 내에 사용될 수 있다. 고 반사 재료, 예컨대 포일은 외부 쉘(212)의 내부 표면(375) 또는 섀시(35)의 내부 표면(377) 상에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 고 반사 재료, 예컨대 포일은 전달 요소(33) 주위에 둘러싸일 수 있다.
내부 반사를 사용하는 이들 실시예에 대해, 예를 들어, 1.0을 초과하는, 고 굴절률을 갖는 재료가 선택될 수 있다. 예를 들어, 전달 요소(33)를 위해 선택된 재료는 약 1.4 초과, 약 1.5 초과, 약 1.6 초과, 또는 약 1.7 미만, 약 1.6 미만, 약 1.5 미만, 또는 제공된 값들 내의 임의의 숫자 또는 제공된 값들 내의 임의의 범위의 굴절률을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전달 요소(33)를 위해 선택된 재료는 약 1.4 내지 약 1.6의 굴절률을 갖는다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 그러한 실시예에서, 전달 요소(33, 233)의 외부 표면(429, 1429)은 연마될 수 있다. 전달 요소(33, 233)의 연마된 외부 표면(429, 1429)은 전달 요소(33, 233)로부터의 광의 누출량을 감소시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 전달 요소(33)는 출력원(245), 예컨대 LED를 수용하기 위한 리셉터클(453)을 포함할 수 있다. 리셉터클(453)은 전달 요소(33)의 단부(455) 상에 배치될 수 있다. 리셉터클(453)을 전달 요소(33)의 단부(455) 상에 제공하는 것의 한 가지 이점은 제조 중에 출력원(245), 예컨대 LED가 리셉터클(453) 내에 삽입될 수 있어서 전달 요소(33)에 대한 출력원(245)의 오정렬의 가능성을 감소시킬 수 있다는 것이다. 이는 출력원(245)과 전달 요소(33) 사이의 광의 누출량을 감소시키는 것을 도울 수 있다.
전술한 바와 같이, 내부 반사를 얻기 위해, 진입 광은 임계각을 초과할 수 있다. 광이 전달 요소(33)에 진입하는 각도는 (도 4b에 도시된) 출력원(245 또는 1450)의 (하기에서 논의되는) 분포각에 의해 영향을 받을 수 있다. 작은 분포각을 갖는 이들 출력원에 대해, 예를 들어 면(453C)에 직교하는 측면(453A, 453B)을 갖는 리셉터클(453)의 설계는 내부 반사를 위해 출력원(245)으로부터 방출되는 광의 대부분을 포착하기에 충분할 수 있다. 그러나, 임계각을 초과하지 않는 임의의 광은 대체로 내부 반사되지 않을 것이다. 따라서, 측면(453A, 453B) 및/또는 면(453C)은 임계각을 초과하는 광량을 증가시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 측면(453A, 453B)은 면(453C)을 향하여 또는 그로부터 떨어지게 테이퍼질 수 있다. 유사하게, 면(453C)은 임계각 초과의 방출된 광량을 증가시키도록 경사진 표면, 다수의 경사진 표면, 예를 들어 렌즈 형상의 (볼록한 또는 오목한 곡률의) 만곡된 표면을 가질 수 있다.
도 4b를 참조하면, 일부 실시예에서, 전달 요소(233)는 도 4b에 도시된 바와 같이 단부(1455) 상에 평탄한 표면을 갖도록 구성될 수 있다. 그러한 실시예에서, 출력원(1450), 예컨대 LED는 단부(1455)로부터 거리(1460)만큼 떨어져 위치될 수 있다. 출력원(1450)으로부터 누출되는 광량을 줄이기 위하여, 거리 B(1460)는 일반적으로 이하의 가이드라인 내에 있어야 한다.
Figure 112014102061201-pct00001
여기서 α는 광의 출력원에 대한 제조사의 사양서로부터 입수가능한 반각 α이고, A(1457)는 전달 요소(233) 상의 투사 구간이다. 투사 구간(1457)은 전달 요소(233) 상에 투사되는 출력원(1450)의 중점으로부터 전달 요소(233)의 에지(1459)까지의 직선 거리이다.
내부 반사를 이용하는 이들 실시예에 대해, 출력원(245, 1450), 예를 들어 LED의 분포각이 고려되어야 한다. 분포각이 너무 넓으면, 전달 요소(33, 233)에 제공되는 광의 일부는 내부 반사되지 않을 수 있고 대신 전달 요소(33, 233)의 외부로 누출될 것이다. 임의의 적합한 분포각이 이용될 수 있다. 적합한 분포각의 일부 예는 약 0도 초과, 약 1도 초과, 약 2도 초과, 약 5도 초과, 약 6도 초과, 약 8도 초과, 약 10도 초과, 약 12도 초과, 약 14도 초과, 약 16도 초과, 약 18도 초과, 약 20도 초과, 약 22도 초과, 또는 약 22도 미만, 약 20도 미만, 약 18도 미만, 약 16도 미만, 약 14도 미만, 약 12도 미만, 약 10도 미만, 약 8도 미만, 또는 제공된 값들 내의 임의의 숫자 또는 제공된 값들 내의 임의의 범위를 포함한다.
도 3a를 참조하면, 전술된 바와 같이, 전달 요소(33)는 광과 같은 전자기 에너지를 출력원(245)으로부터 표시 요소(30)로 전달할 수 있다. 전달 요소(33)를 통하여 누출되는 에너지의 양을 감소시키기 위하여 전달 요소(33)에 배치된 반사 코어(461)가 이용될 수 있다. 반사 코어(461)는 전달 요소(33) 및 전달 요소 링(65)을 통하여 칫솔의 손잡이 또는 목부 내로 손실되는 광량을 감소시킬 수 있다. 또한, 반사 코어(461)는 광이 표시 요소(30)를 통해 표시 요소(30)의 외부 측 표면(87)으로 분포되는 것을 도울 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 반사 코어(461)는 전달 요소(33) 내에 배치된, 연마될 수 있는 하나 이상의 면들(467)을 포함할 수 있다. 면들(467)은 전달 요소를 통하여 전달된 광(71)을 표시 요소(30)로 방향전환시키도록 구성될 수 있다.
반사 코어(461)의 면들(467)은 쐐기 형상, 또는 임의의 다른 형상, 예컨대 광과 같은 전자기 에너지의 표시 요소(30)를 향한 분산을 가능하게 하는 원추 형상으로 구성될 수 있다. 반사 코어(461)의 면들(467)은 전자기 에너지의 표시 요소(30)를 향한 분산을 가능하게 하도록 하는 임의의 형상을 가질 수 있는데, 예를 들어, 도 6a, 도 6b, 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 그들의 길이의 임의의 부분을 따라서 또는 그들의 전체 길이를 따라서 면들(467) 중 하나 이상이 만곡되거나, 직선이거나, 노치 형성되거나, U-형상이거나 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 전자기 에너지의 표시 요소로의 분산을 돕는 것에 더하여, 반사 코어는, 도 6d 및 도 6e에 도시된 바와 같이, 임의 개수의 면을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 6e에 도시된 바와 같이, 반사 코어(461)는 7개의 면(467A, 467B, 467C, 467D, 467E, 467F, 467G)을 가지고 있다. 더욱이, 도 6f에 도시된 바와 같이, 전달 요소(33)는 또한 전방면(134) 및 후방면(135)을 가질 수 있고, 전달 요소(33)의 전방면(134) 상의 반사 코어(461)의 형상은 전달 요소(33)의 후방면(135) 상의 반사 코어(461)의 형상과 상이할 수 있다. 소정 실시예에서, 반사 코어(461)는 전달 요소(33)를 완전히 관통하여 전달 요소(33)의 전방면(134)으로부터 전달 요소(33)의 후방면(135)으로의 통로를 형성한다. 다른 실시예에서, 반사 코어(461)는 전달 요소(33)를 완전히 관통하지 않는다. 또 다른 실시예에서, 반사 코어(461)는 전달 요소(33)를 전혀 관통하지 않지만, 대신 전달 요소(33)와 일체인데, 예를 들어, 반사 코어(461)는 전달 요소(33) 내에 끼워진 반사 표면을 포함할 수 있다. 더욱이, 단면에서, 반사 코어의 면들은 경사지거나, 만곡되거나, 또는 그렇지 않다면 광의 표시 요소를 향한 반사를 증가시키도록 형상이 정해질 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 도 7a에 도시된 바와 같이, 반사 코어(461)의 면들(467)은 단면이 만곡될 수 있는 한편, 도 8 및 도 8a는 면들(467)이 전달 요소(33)의 전방면(134)으로부터 떨어져 전달 요소(33)의 후방면(135)을 향하도록 경사진 것을 도시한다.
다시, 도 5를 참조하면, 도시된 바와 같은 반사 코어(461)는 최종 제품에서 비어있는 리세스일 수 있다. 소정 실시예에서, 반사 코어(461)는 부분적으로 소정의 재료로 충전될 수 있다. 반사 코어(461)가 부분적으로 충전되는 경우, 충전 재료와 면들(467) 사이에 공극이 제공될 수 있다. 이러한 공극의 존재는 표시 요소(30) 내에 내부 반사가 유지되는 것을 보장할 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 코어(461)는 반사 코어의 재료의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 재료로 완전히 충전될 수 있다.
반사 코어(461)가 없는 경우, 출력원에 의해 제공되는 광의 약 10% 미만이 표시 요소(30)에 의해 방출될 것이라고 여겨진다. 그리고, 반사 코어(461)가 있는 경우, 출력원(245)에 의해 제공되는 광의 약 90% 이상이 표시 요소(30)에 의해 방출될 것이라고 여겨진다. 소정 실시예에서, 표시 요소(30)에 의해 방출되는 광은 출력원에 의해 제공되는 광의 약 10% 초과, 약 20% 초과, 약 30% 초과, 약 40% 초과, 약 50% 초과, 약 60% 초과, 약 70% 초과, 약 80% 초과, 약 90% 초과, 약 100% 미만, 약 90% 미만, 약 80% 미만, 약 70% 미만, 약 60% 미만, 약 50% 미만, 약 40% 미만, 약 30% 미만, 약 20% 미만, 또는 전술된 값들 내의 임의의 숫자 또는 상기 값들을 구성하는 그리고/또는 그들 내의 임의의 범위이다. 발광 효율을 측정하기 위한 방법이 이하에서 설명된다.
도 9는 LED와 같은 출력원(245)으로부터의 광(71)과 같은 전자기 에너지가 전달 요소(33)를 따라서 표시 요소(30)를 향하여 이동하는 것을 도시한다. 소정 실시예에서, 전달 요소(33)를 따라서 표시 요소(30)를 향하여 이동하는 광의 적어도 일부는 반사 코어(461)의 면들(467)에서 전달 요소(33)를 향하여 다시 반사된다. 이러한 광은 전달 요소 링(65)의 바닥 에지(67)를 향하여 방향전환된다. 소정 실시예에서, 표시 요소(30)의 원주 둘레 모두에서 일정한 광 분포를 생성하기 위하여, 반사 코어(461)는, 광선(71)의 일정한 밀도가 전달 요소 링(65)의 바닥 에지(67) 상에서 달성되는 방식으로, 출력원(245)으로부터 전달 요소(33)로 오는 광선(71)을 방향전환시킨다. 반사 코어의 (예를 들어, 만곡된) 형상 및 직각을 선택함으로써, 광의 확장은 - 바닥 에지(67) 상에서 일정한 광 밀도의 생성을 통하여 - 실현될 수 있다. 예시를 목적으로, 전달 요소(33)를 통해 절단된 측면 및 개방되고 평탄하게 된 생성된 전달 요소(33) 및 전달 요소 링(65)을 갖는 도 9의 도면인 도 9a는 반사 코어(461)가 광선(71)을 전달 요소 링(65)의 원주 둘레에 어떻게 분포시키는지를 도시한다.
전달 요소 링(65)의 바닥 에지(67)는 광을 표시 요소(30)를 향하여 추가로 방향전환시키기 위해 반사 표면을 갖는다. 전달 요소 링의 반사 표면은 반사 재료로 코팅될 수 있거나 또는 도 9에 도시된 바와 같이 광을 표시 요소(30)를 향하여 방향전환시키는 방식으로 형성된 표면 윤곽(83)으로 구성될 수 있거나, 또는 반사 코팅 및 표면 윤곽 둘 모두가 사용될 수 있다.
도 9는 본 예에서 삼각형 돌출부를 생성하도록 2개의 경사면을 포함하는 반사 치형부 형상의 일련의 표면 윤곽들(83)을 도시한다. 소정 실시예에서, 도 9b에 도시된 바와 같이, 실질적으로 내부 반사를 사용하기 위하여, 표면 윤곽은 광이 임계각 미만의 각도로 표면 윤곽(83)의 표면과 접촉하도록 하는 배향(각도 α1 및 α2)을 갖는다. 더욱이, 소정 실시예에서, 각도(α1, α2)는 전달 요소 링(65) 상의 표면 윤곽의 위치에 따라서 변할 수 있는데, 예를 들어 각도는 반사 코어로부터의 거리에 따라서 변할 수 있다. α1 및 α2의 각도는 0 내지 45° 범위일 수 있다. 도 9c는, 삼각형 표면 윤곽에 더하여, 표시 요소 상에 더 균질한 광 분포를 생성하도록 광을 확장시킬 수 있는 아치 형상의 표면 윤곽이 사용될 수 있는 것을 도시한다. 소정 실시예에서, 표면 윤곽은 하기 치수의 높이(H); 폭(W); 및 인접한 표면 윤곽들 사이의 거리(D)를 가질 수 있다:
Figure 112014102061201-pct00002
표면 윤곽의 높이(H)는 H ≤ 3 mm, 예를 들어 소정 실시예에서, 0.5 mm ≤ H ≤ 1 mm일 수 있다. 더욱이, 전달 요소 링 상의 표면 윤곽의 위치는 H, W, 또는 D에 영향을 미칠 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 전달 요소 링(65)의 바닥 에지(67)의 표면 윤곽(83)으로 인한 광의 방향전환은 전체 둘레 360° 효과를 제공하는 표시 요소(30)의 전체 외부 측 표면(87)으로부터 광이 방출되도록 한다. 소정 실시예에서, 광의 세기가 높은 반사 코어(461) 근처에서 적은 표면 윤곽(83)이 사용될 수 있는 한편, 반사 코어(461)로부터 멀리 떨어진 곳에, 예컨대 광의 세기가 이미 감소된 후방면(101)에는 더 많은 표면 윤곽(83)이 사용되어 표시 요소(30)를 따라 유사한 광의 세기를 달성할 수 있다. 그렇지 않다면, 표시 요소(30)는 반사 코어(461)/출력원(245) 근처에서 더욱 더 밝게 보일 것이고 반사 코어(461)/출력원(245)으로부터 멀리 떨어진 영역에서 더욱 더 어둡게 보일 것이다.
소정 실시예에서, 도 9d 및 도 9e에 도시된 바와 같이, 전달 요소(33)는 그 길이를 따라서 비선형일 것이어서, 전달 요소(33)가 하나 이상의 각도, 또는 도 9d 및 도 9e에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 만곡부를 포함할 수 있게 한다. 전달 요소(33)의 그러한 배향은, 예를 들어 전동 칫솔에서와 같이 출력원과 표시 요소 사이에 모터 또는 배터리와 같은 방해물이 있는 경우, 소정 실시예에서 유리하다. 따라서, 전달 요소(33)의 비선형 배향은 직접 경로가 차단되어 있는 경우에도 출력원(245)으로부터 전달 요소 링(65) 및 표시 요소(30)로의 광의 전달을 허용한다. 전달 요소는 또한 광의 전달 요소로부터의 전달을 허용하는 전달 요소 링을 따라서 임의의 지점에서 전달 요소 링에 연결될 수 있다. 또한, 표면 윤곽은 전달 요소 링의 임의의 표면 또는 표면들 상에 존재할 수 있다. 예를 들어, 도 9e에 도시된 바와 같이, 표면 윤곽(83)은 전달 요소 링(65)의 내부 표면 상에 위치될 수 있어서, 본 실시예에서는 전달 요소 링(65)의 외주연(66)을 따라서 적어도 부분적으로 위치된 표시 요소(30)를 향하여 외향으로 광이 반사되도록 한다. 도 9d 및 도 9e는 또한 반사 코어가 소정 실시예에서 존재하지 않는다는 것을 예증하는데, 이는 전달 요소(33) 및 전달 요소 링(65)이 광을 표시 요소에 분포시킬 수 있기 때문이다.
다시 도 9를 참조하면, 전달 요소 링(65)의 바닥 에지(67)로부터의 방향전환된 광은 표시 요소(30) 내로 들어가고, 여기서 광은 표시 요소(30)의 외부 측 표면(87)을 향하여 지향되거나 또는 소정 실시예에서 반사 재료로 코팅될 수 있는 표시 요소(30)의 표면, 예를 들어 상부 표면(91) 또는 내부 표면(93)에서 반사될 것이다. 소정 실시예에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 상부 표면(91), 내부 표면(93), 또는 이들 둘 모두는 광(71)을 표시 요소(30)의 외부 측 표면(87)을 향하여 방향전환시키는 방식으로 형성될 수 있는데, 예를 들어 상부 표면(91) 또는 내부 표면(93)은 만곡될 수 있거나 또는 도 10에 도시된 실시예의 경우에 표면이 경사질 수 있다.
추가로, 다수의 출력원을 포함하는 실시예가 고려된다. 예를 들어, 리셉터클은 2개의 LED가 내부에 위치될 수 있도록 구성될 수 있다. LED가 신호를 제공하는 소정 실시예에서, 제1 LED는 하나의 조건, 예를 들어 칫솔질 시간을 위해 제1 출력 신호를 제공할 수 있는 한편, 제2 LED는 제2 조건, 예를 들어 브러시 교체 시간을 위해 제2 출력 신호를 제공할 수 있으며, 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호는 상이하다. 유사하게, 전달 요소가 리셉터클을 포함하지 않는 실시예에서, 복수의 출력원, 예를 들어 LED가 사용될 수 있다.
더욱이, 출력원이 미국 특허 공개 제2005/0053896A1호에 개시된 바와 같은 복수의 다이스를 갖는 LED를 포함하는 소정 실시예도 또한 고려된다. 도 11a에 도시된 바와 같이, LED(815)는 렌즈(830), 및 하나의 양의 리드선(821)과 하나의 음의 리드선(809)을 포함할 수 있다. LED(815)는 하나 초과의 발광기 및 하나 초과의 반도체 기판을 포함할 수 있고, 2개 초과의 리드선을 구비할 수 있다. LED가 2개의 다이스를 포함하는 실시예가 고려된다. 또한, LED가 2개 초과의 다이스를 포함하는 실시예가 고려된다.
예를 들어, LED(815)는 다수의 발광 다이스(805, 817) 및 와이어 본딩(807, 818)을 포함할 수 있다. 와이어 본딩(818)은 다이스(805)와 다이스(817) 사이의 연결부로서 작용할 수 있다. 이러한 연결은 병렬 연결 또는 직렬 연결일 수 있다.
도 11b에 도시된 바와 같이, LED(815B)(2개의 와이어 LED)는 직렬로 연결된 다수의 다이스(805, 817)를 포함할 수 있다. LED(815B)는 하나의 양의 리드선(809) 및 하나의 음의 리드선(827)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 각각의 다이스(805, 817)는 개별 받침부(837, 839)를 구비할 수 있다. 다이스들은 다이스(805)의 상부를 다이스(817)의 바닥에 연결하는 직렬 연결부(811)를 구비하고, 와이어 본딩(813)은 다이스(817)의 상부를 음의 리드선(827)에 연결한다. 발광원으로부터의 모든 광은 LED(815B)의 렌즈(830)에서 단일 광 출력이 되도록 조합될 수 있다.
도 11c에 도시된 바와 같이, LED(815C)는 병렬로 연결된 다수의 다이스(805, 817)를 포함할 수 있다. LED(815C)는 단일 광 출력, 렌즈(830), 및 하나의 양의 리드선(809)과 하나의 음의 리드선(827)을 포함할 수 있다. 다이스들은 병렬 연결을 가질 수 있고, 와이어 본딩(837)은 다이스(805)의 상부를 다이스(817)의 상부에 연결하고, 와이어 본딩(807)은 다이스(817)의 상부를 공통 음의 리드선(827)의 상부에 연결한다. 발광원으로부터의 모든 광은 LED(815C)의 렌즈(830)에서 단일 광 출력이 되도록 조합될 수 있다.
도 11d에 도시된 바와 같이, LED(815D)(3개의 와이어 LED)는 다수의 다이스(805, 817)를 포함할 수 있다. LED(815D)는 렌즈(830), 2개의 반도체 기판, 병렬 연결된 것으로 도시된 다이스(805, 817), 와이어 본딩(819, 821), 하나의 양의 리드선(833), 및 2개의 음의 리드선(831, 835)을 포함할 수 있다. 이러한 LED(815D)는 또한 광을 단일 광 출력, 렌즈(830)로부터 방출한다. 각각의 다이스는 개별 받침부(837, 839)를 구비할 수 있다. 또한, LED(815D)는 2개의 양의 리드선 및 하나의 음의 리드선을 포함할 수 있고, 다이스(805, 817)가 직렬로 연결될 수 있는 것도 또한 고려된다.
부가적으로, LED는 발광 특성을 갖는 2개 초과의 반도체 기판을 포함할 수 있으며, LED는 2개 초과의 리드선을 포함할 수 있다. LED는 공통 또는 공유 리드선을 구비할 수 있으며, 발광 특성을 갖는 각각의 반도체 기판을 위한 개별 리드선을 구비할 수 있다. 또한, 발광 특성을 갖는 각각의 반도체 기판은 배터리와 같은 별도의 전원에 의해 개별적으로 전력이 공급될 수 있다.
3개의 와이어 LED, 예를 들어 LED(815D)의 한 가지 이점은 다이스(805, 817)가 독립적으로 동작될 수 있다는 점이다. 예를 들어, LED(815D)가 2개의 양의 리드선을 포함하는 경우, 다이스는 독립적으로 제어될 수 있다. 그래서, 제1 다이스(805)는 80% 용량에서 동작될 수 있는 한편, 제2 다이스(807)는 20% 용량에서 동작된다. 다른 예로서, 제1 다이스(805)는 50%에서 동작될 수 있는 한편, 제2 다이스(817)는 100%에서 동작된다. 제1 다이스(805)와 제2 다이스(817)의 동작 레벨에 대한 무수한 조합이 존재한다. 이러한 조합은 사용자를 위한 독특한 시각적 효과를 생성하는 색상 혼합을 달성할 수 있다고 여겨진다.
2개의 와이어 LED에 대해, 광 혼합 역시 가능하다. 예를 들어, 공급 전압의 극성은 다이스가 구동될 수 있고 혼합된 색상 효과를 생성할 수 있도록, 충분히 높은 속도, 예를 들어 70 ㎐를 초과하여 전환될 수 있다. 공급 전압의 극성이 제1 상태에 있을 때, 제1 다이스가 활성화될 수 있다. 공급 전압의 극성이 제2 상태에 있을 때, 제2 다이스가 활성화될 수 있다. 공급 전압의 극성이 충분히 신속하게 전환되면, 사용자는 색상 혼합을 인지할 수 있다. 공급 전압의 극성의 전환 속도는 약 70 ㎐ 초과, 약 80 ㎐ 초과, 약 90 ㎐ 초과, 약 100 ㎐ 초과, 약 110 ㎐ 초과, 약 120 ㎐ 초과, 약 130 ㎐ 초과, 약 130 ㎐ 미만, 약 120 ㎐ 미만, 약 110 ㎐ 미만, 약 100 ㎐ 미만, 약 90 ㎐ 미만, 또는 제공된 값들 내의 임의의 숫자, 또는 제공된 값들 내의 임의의 범위일 수 있다.
전술된 바와 같이, 이들 다이스는 병렬 또는 직렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 이들이 직렬로 연결된 경우, 모든 전류 고려 사항은 하나의 단일 다이스의 경우와 동일하다. 총 전압은 이하의 방정식에 의해 근사화될 수 있다.
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여기서, n은 다이스의 개수와 동일하고, Vf는 특정 다이스에 대한 순전압이다. 다이스가 병렬로 연결되면, 총 전압은 대략 단일 다이스의 전압이다.
직렬 연결이 양호하게 기능하는데, 이는 다이스들 사이의 차이를 조절하기 때문이다. 다이스가 직렬로 연결된 때, 이들은 자동으로 그들의 순전압을 조절하고, 이들의 광도는 매우 가깝게 된다. 둘 모두의 배열에 있어, 2개의 다이스는 대략적으로 1.6 × Pi의 광도를 가지며, 여기서 Pi는 단일 다이스의 광도이다. 3개의 다이스 LED는 약 2.26 × Pi의 광도를 가질 수 있다. (다이스들 사이의 간섭은 광도 계산이 다이스의 개수에 의한 승수가 되는 것을 방지할 수 있다.) 이들 다이스는 동일한 색상의 광을 공급할 수 있으며, 또는 이들은 상이한 색상의 광을 가질 수 있다. 그러나, 각각의 개별 발광기가 동일한 광을 방출하면, 그 단일 LED로부터의 유색광의 광도는 하나의 색상을 방출하는 단일 표준 LED보다 크다.
단일 LED는 또한 상이한 색상의 광, 예컨대 약 370, 380, 390, 400, 425, 440, 450, 475, 500, 600, 700, 800, 900 또는 1,000 나노미터 초과의 범위로부터 선택된 파장의 광을 방출하는 2개의 다이스를 포함할 수 있다. 다이스는 또한 다이스가 동일한 색상 범위 내의 상이한 파장의 광을 방출하도록 선택될 수 있는데, 예를 들어, 다이스는 청색이 되는 상이한 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. 또한, LED의 단일 광 출력부(렌즈)에서 광의 상이한 파장들의 조합은 구강 케어 이득을 달성하는 색상들의 특정 조합이 될 수 있다. 일부 색상은 광의 단일 파장에 의해 달성하기 어려우며, 본 발명은 이들 독특한 색상 중 하나의 광을 생산하는데 사용될 수 있다. 그러므로, 단일 광 출력부에서의 상이한 색상들의 조합은 하나의 다이스 단독으로 달성될 수 없는 색상을 형성할 수 있다.
다수의 LED 또는 다수의 다이스를 갖는 LED를 포함하는 이들 실시예에 대해, 본 발명의 구강 위생 도구는 사용자에게 다수의 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 다이스가 활성화되어 사용자에게 제1 시각적 표시를 제공할 수 있다. 제1 시각적 표시는, 예를 들어, 사용자가 칫솔질하는 미리 정해진 시간과 상관관계를 가질 수 있다. 제2 다이스가 활성화되어 사용자에게 제2 시각적 표시를 제공할 수 있다. 제2 시각적 표시는 구강 케어 장치를 교체할 시간임을 사용자에게 신호를 보낼 수 있다. 이러한 실시예에서, 제1 시각적 표시는 제1 색상을 포함할 수 있는 한편, 제2 시각적 표시는 제1 색상과는 상이한 제2 색상을 포함한다. 임의의 적합한 색상이 이용될 수 있다.
본 발명에 따라 구성된 칫솔은 다양한 조건에 대해 표시 요소를 거쳐 사용자에게 피드백을 제공할 수 있다. 예를 들어, 칫솔질을 하는 시간 동안, 가시적인 신호는 사용자가 2분, 3분, 등과 같이 미리 정해진 시간 동안 그의 치아를 칫솔질 했을 때 제공될 수 있다. 다른 예로서, 가시적인 신호는 브러시가 교체되어야 할 때에 관하여 사용자에게 제공될 수 있다. 또 다른 예로서, 가시적인 신호는 사용자가 일상의 칫솔질(brushing routine)의 소정 횟수를 초과하여 칫솔질을 했을 때에 관하여 사용자에게 제공될 수 있다. 다른 예로서, 가시적인 신호는 너무 큰 힘이 브러시 헤드에 인가되고 그와 함께 사용자가 그의 치은을 손상시킬 가능성이 주어질 때 사용자에게 제공될 수 있다. 그러한 실시예에서, 제1 신호는, 사용자가 미리 정해진 횟수의 일상의 칫솔질에 대해, 필요 기간 동안, 예를 들어 2분 동안 칫솔질을 잘 했을 경우 제공될 수 있다. 제2 신호는 사용자가 미리 정해진 횟수의 일상의 칫솔질의 각각 하나하나에 대해 필요 기간 동안 칫솔질을 하지 않은 경우 사용자에게 제공될 수 있다. 예를 들어 적외선 스펙트럼, 예컨대 약 950 나노미터 파장의 광을 이용하여 칫솔로부터 추가 신호가 전송될 수 있다. 표시자 요소는 칫솔을 다양한 위치로 잡더라도 수신자가 신호를 수신할 수 있다는 것을 확실히 하도록 적외선 신호를 모든 방향으로 분포시킬 수 있다.
사용자에게 제공된 신호는 일정할 수 있는데, 예를 들어, 전체 일상의 칫솔질 동안 사용자에게 신호를 제공할 수 있다. 대안적으로, 사용자에게 제공되는 신호는 일상의 칫솔질의 마지막에 제공될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 이전의 일상의 칫솔질에서 미리 정해진 시간, 예를 들어 2분 동안 칫솔질을 하지 않은 경우, 사용자에게 제공되는 신호는 후속의 일상의 칫솔질 동안 미리 정해진 기간 동안 적색 광을 비추거나 적색의 가시적인 신호를 보여줄 수 있다. 다른 예로서, 사용자가 이전의 일상의 칫솔질 중에 미리 정해진 시간 동안 칫솔질을 한 경우, 사용자에게 제공되는 신호는 미리 정해진 기간 동안 녹색 광을 비추거나 녹색의 가시적인 신호를 보여줄 수 있다.
다른 실시예에서, 신호는 일상의 칫솔질 동안 간헐적으로 사용자에게 제공될 수 있다. 예를 들어, 신호는 미리 정해진 시간 간격으로 사용자에게 제공될 수 있다. 예를 들어, 신호는 20초 마다 사용자에게 제공될 수 있다. 임의의 적합한 시간 간격이 선택될 수 있다. 예를 들어, 신호들 사이의 시간 간격은 약 0.1초 초과, 약 0.2초 초과, 약 0.3초 초과, 약 0.4초 초과, 약 0.5초 초과, 약 0.6초 초과, 약 0.7초 초과, 약 0.8초 초과, 약 0.9초 초과, 약 1초 초과, 약 2초 초과, 약 3초 초과, 약 4초 초과, 약 5초 초과, 약 6초 초과, 약 10초 초과, 약 15초 초과, 약 20초 초과, 약 25초 초과, 약 30초 초과, 약 40초 초과, 약 50초 초과, 약 60초 초과, 및/또는 약 60초 미만, 약 50초 미만, 약 40초 미만, 약 30초 미만, 약 25초 미만, 약 20초 미만, 약 15초 미만, 약 10초 미만, 약 5초 미만, 약 4초 미만, 약 3초 미만, 약 2초 미만, 약 1.5초 미만, 약 1초 미만, 약 0.9초 미만, 약 0.8초 미만, 약 0.7초 미만, 약 0.6초 미만, 약 0.5초 미만, 약 0.4초 미만, 약 0.2초 미만, 또는 약 0.1초 미만일 수 있다.
앞서, 신호들 사이의 시간 간격이 설명되었다. 일부 실시예에서, 특정한 일상의 칫솔질 동안 또는 일련의 일상의 칫솔질들에 걸쳐 사용자에게 제공된 신호들 사이의 시간 간격을 변경하도록 프로세서가 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 일상의 칫솔질 동안, 사용자가 미리 정해진 시간, 예를 들어 2분 동안 칫솔질을 한 경우, 사용자에게로의 신호들 사이의 간격은 제1 시간 간격으로 있을 수 있다. 제2 일상의 칫솔질 시에 사용자가 미리 정해진 시간 동안 칫솔질을 하지 않은 경우, 사용자에게로의 신호들은 제2 시간 간격으로 있을 수 있다. 이러한 실시예에서, 제1 시간 간격은 제2 시간보다 클 수 있으며, 이로써 사용자에게 보다 많은 피드백을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 시간 간격은 미리 정해진 시간의 칫솔질을 위해 더 많은 피드백이 사용자에게 제공되도록 전환될 수 있다.
칫솔을 제조하기 위한 재료와 관련하여, 외부 쉘(212)은 임의의 적합한 재료일 수 있다. 일부 적합한 재료의 예에는 폴리프로필렌, ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체), ASA(아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트), 코폴리에스테르, POM(폴리포름알데히드), 이들의 조합 등이 포함된다. 추가적인 적합한 재료에는 폴리프로필렌, 나일론, 고밀도 폴리에틸렌, 다른 성형 가능한 안정된 중합체 등, 및/또는 이들의 조합이 포함된다. 일부 실시예에서, 손잡이, 목부, 및/또는 헤드는 제1 재료로 형성될 수 있고, 제1 재료와는 상이한 제2 재료를 수용하기 위한 리세스, 채널, 그루브를 포함할 수 있다. 예를 들어, 손잡이는 하나의 탄성중합체 그립 특징부 또는 복수의 탄성중합체 그립 특징부를 포함할 수 있다. 복수의 탄성중합체성 그립 특징부 중 탄성중합체는, 예를 들어 색상, 경도, 이들의 조합 등에 있어 유사한 재료이거나 상이한 재료일 수 있다.
밀봉 요소(270)는 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다. 적합한 재료의 몇몇 예는 열가소성 탄성중합체, 실리콘 기반 재료, NBR(니트릴 부타디엔 고무), EPDM(에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체), 비톤(Viton)™ 등을 포함한다.
일부 실시예에서, 재활용 및/또는 식물성 플라스틱이 사용될 수 있다. 예를 들어, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)가 일부 실시예에서 이용될 수 있다. PET는 바이오 기반일 수 있다. 예를 들어, PET는 약 25 내지 약 75 중량%의 테레프탈레이트 성분 및 약 20 내지 약 50 중량%의 디올 성분을 포함할 수 있으며, 테레프탈레이트 및/또는 디올 성분 중 적어도 하나의 적어도 약 1 중량%는 적어도 하나의 바이오 기반의 재료에서 얻어진다. 유사하게, 테레프탈레이트 성분은 바이오 기반의 재료에서 얻어질 수 있다. 적합한 바이오 기반 재료의 일부 예는 옥수수, 사탕수수, 사탕무우, 감자, 녹말, 감귤류, 목본성 식물, 셀룰로오스 리그닌, 식물성유, 천연 섬유, 기름기 함유 나무 공급원료, 및 이들의 조합을 포함하지만 이로 한정되지 않는다.
PET의 특정 성분의 일부는 바이오 기반일 수 있다. 예를 들어, 모노에틸렌 글리콜 및 테레프탈산은 바이오 기반 재료로 형성될 수 있다. 바이오 기반 PET의 형성 및 그 제조는 미국 특허 공개 제20090246430A1호 및 제20100028512A1호에 개시되어 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 소정 실시예에서, 예를 들어 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 칫솔(10)은 교체가능한 헤드(14), 목부(16) 또는 이들 둘 모두를 포함할 수 있다. 구체적으로, 헤드(14)는 목부(16)로부터 제거가능할 수 있고 그리고/또는 목부(16)는 손잡이(12)로부터 제거가능할 수 있다. 본 명세서에서, 헤드(14)가 목부(16)로부터 제거가능하든 아니면 목부(16)가 손잡이(12)로부터 제거가능하든, 그러한 교체가능한 요소들은 "리필제품"으로 칭해질 것이다. 이러한 실시예에서, 특정 리필제품의 누적 사용을 위한 그리고/또는 특정 사용의 식별을 위한 시간 주기를 설정하도록 복수의 알고리즘으로 프로세서가 프로그램될 수 있다. 특정 리필제품을 인식할 수 있는 구강 위생 도구의 일부 적합한 예가 미국 특허 제7,086,111호, 제7,207,080호; 및 제7,024,717호에 기술되어 있다.
목부(16)와 손잡이 영역(12) 사이의 상호연결성은 임의의 적합한 방식으로 제공될 수 있다. 일부 적합한 실시예가 미국 특허 제7,086,111호, 제7,207,080호 및 제7,024,717호와 관련하여 논의되어 있다.
본 발명의 칫솔은 앞서 개시된 바와 같은 전력원을 추가로 포함할 수 있다. 전력원은 칫솔에 전력을 제공할 수 있는 임의의 적합한 요소일 수 있다. 적합한 예에는 칫솔 내부에 요구되는 공간의 크기를 최소화하기 위하여 크기가 정해질 수 있는 하나 이상의 배터리가 포함된다. 예를 들어, 출력원이 발광 요소로 구성되는 경우, 동력원은, 예를 들어 AAA형 배터리보다 작은, 비교적 작은 크기로 정해질 수 있다. 배터리는 재충전식이거나 일회용일 수 있다. 일부 실시예에서, 전력원은 전력 회사에 의해 주택에 제공되는 것과 같은 교류 전력을 포함할 수 있다. 다른 적합한 전력원은 2008년 4월 15일자로 출원된 발명의 명칭이 "개인용 위생 제품 및 방법(Personal Care Products and Methods)"인 미국 특허 출원 제12/102881호에 기술되어 있다.
일부 실시예에서, 타이밍 표시가 시작될 때를 사용자가 제어할 수 있도록 하는 사용자 작동식 스위치가 제공될 수 있다. 스위치는 동력원 및 출력 신호 요소 및/또는 타이머와 전기 연통할 수 있다.
손잡이의 탄성중합체성 그립 특징부는 적어도 부분적으로, 타이머의 일부, 출력 신호 요소, 프로세서, 캡 및/또는 동력원을 오버몰드하도록 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 이들 구성요소는 유사하게 오버몰드될 수 있는 배선을 통해 전기 연통될 수 있다. 탄성중합체성 그립 특징부는 사용자의 손바닥으로 파지하기 위해 위치설정되는 부분 및/또는 사용자의 엄지 손가락과 집게 손가락으로 파지하기 위해 위치설정되는 부분을 포함할 수 있다. 이들 탄성중합체성 그립 특징부는 동일한 재료로 구성될 수 있거나 또는 상이한, 예를 들어, 색상, 형상, 구성, 경도 등 및/또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 본 명세서에 사용된 바와 같이, "접촉 요소"라는 용어는 구강 내로 삽입될 수 있는 임의의 적합한 요소를 가리키는 것으로 사용된다. 일부 적합한 요소에는 강모 다발, 탄성중합체성 마사지 요소, 탄성중합체성 세정 요소, 마사지 요소, 혀 클리너, 연조직 클리너, 경조직 클리너, 이들의 조합 등이 포함된다. 헤드는 다양한 접촉 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 헤드는 강모, 연마 탄성중합체 요소, 특정 배향 또는 배열의 탄성중합체 요소, 예를 들어 선회 핀, 프로피 컵(prophy cup) 등을 포함할 수 있다. 탄성중합체성 세정 요소 및/또는 마사지 요소의 일부 적합한 예가 미국 특허 출원 공개 제2007/0251040호; 제2004/0154112호; 제2006/0272112호; 및 미국 특허 제6,553,604호; 제6,151,745호에 기술되어 있다. 세정 요소는 테이퍼 형성되거나, 노치 형성되거나, 주름이 잡혀있거나, 패여 있거나 등일 수 있다. 이들 세정 요소 및/또는 마사지 요소의 일부 적합한 예가 미국 특허 제6,151,745호; 제6,058,541호; 제5,268,005호; 제5,313,909호; 제4,802,255호; 제6,018,840호; 제5,836,769호; 제5,722,106호; 제6,475,553호; 및 미국 특허 출원 공개 제2006/0080794호에 기술되어 있다.
접촉 요소는 임의의 적합한 방식으로 헤드에 부착될 수 있다. 통상의 방법은 스테플링, 앵커 프리 터프팅(anchor free tufting), 및 사출 성형 터프팅을 포함한다. 탄성중합체를 포함하는 이들 접촉 요소에 대해, 이들 요소는 서로 일체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 일체형 베이스부를 갖고, 이들로부터 외측으로 연장될 수 있다.
헤드는 임의의 적합한 재료로 구성되는 연조직 클리너를 포함할 수 있다. 적합한 재료의 일부 예에는 탄성중합체성 재료; 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등; 기타 및/또는 이들의 조합이 포함된다. 연조직 클리너는 임의의 적합한 연조직 세정 요소를 포함할 수 있다. 칫솔 상의 연조직 클리너의 구성뿐만 아니라 이러한 요소의 일부 예는 미국 특허 출원 제2006/0010628호; 제2005/0166344호; 제2005/0210612호; 제2006/0195995호; 제2008/0189888호; 제2006/0052806호; 제2004/0255416호; 제2005/0000049호; 제2005/0038461호; 제2004/0134007호; 제2006/0026784호; 제20070049956호; 제2008/0244849호; 제2005/0000043호; 제2007/140959호; 및 미국 특허 제5,980,542호; 제6,402,768호; 및 제6,102,923호에 기술되어 있다.
헤드의 제1 측면 상의 탄성중합체성 요소 및 (제1 측면의 반대편의) 헤드의 제2 측면 상의 탄성중합체성 요소를 포함하는 이들 실시예에 대해, 탄성중합체성 요소는 헤드의 재료를 통해 연장되는 채널 또는 간극을 통해 일체로 형성될 수 있다. 이들 채널 또는 간극은 제1 측면 및 제2 측면의 탄성중합체성 요소 둘 모두가 사출 성형 단계에서 형성될 수 있도록, 탄성중합체성 재료가 사출 성형 공정 동안 헤드를 통해 흐를 수 있도록 할 수 있다.
발광 효율을 결정하기 위한 시험 방법
시험될 3개의 칫솔 샘플 및 칫솔에 사용될 3개의 출력원 샘플을 입수하였다. 출력원의 샘플은 칫솔에 사용되는 것과 동일해야 한다. 모든 샘플, 즉 3개의 칫솔 샘플 및 3개의 출력원 샘플을 독립적인 시험 설비로 옮겼다. 시험 설비는 적합한 크기의 적분구(integrating sphere)에서 3개의 칫솔 샘플 각각과 출력원 샘플 각각을 시험할 것이다. 예를 들어, 칫솔 샘플을 설치하는데 30.5 cm(12 인치)의 적분구가 적합할 수 있다.
시험 설비는 임의의 샘플의 측정에 앞서 모든 장비를 조정할 것이다. 칫솔의 시험에 앞서 출력원의 샘플이 시험될 것이다. 시험 설비는 표준 시험 절차에 따라 적분구 내에 출력원의 하나의 샘플을 배치할 것이다. 출력원은 칫솔에 제공되는 것과 동일한 전압에 의해 전력이 인가될 것이다. 구체적으로, 브러시가 하나의 3.6 볼트 리튬-이온 배터리를 사용한다면, 출력원은 유사하게 하나의 3.6 볼트 리튬-이온 배터리에 의해 전력이 공급되어야 한다.
출력원에 전력이 인가되고, 적분구가 폐쇄되며, 출력원으로부터 방출되는 전체 광이 측정될 것이다. 출력원의 나머지 샘플의 각각이 유사하게 측정될 것이다. 출력원의 샘플들 각각의 전체 광 출력이 각각의 샘플에 의해 기록 및 기재될 것이다.
샘플 칫솔을 시험하기에 앞서 적분구로부터 샘플 출력원을 제거한다. 칫솔의 표시 요소로부터 방출되는 광을 차단하지 않고서, 칫솔의 출력원을 활성화하는 방식으로 구성되는 적분구 내에 샘플 칫솔을 배치한다. 예를 들어, 표시 요소가 너무 많은 압력이 인가되고 있다는 시각적 표시를 제공하는 경우, 표시 요소/출력원이 활성화되는 것을 보장하기 위해 칫솔의 헤드/목부를 이동시키는데 하니스(harness)가 사용될 수 있다. 샘플 칫솔로부터 방출되는 전체 광을 측정한다. 칫솔의 나머지 샘플에 대해 반복한다.
샘플 출력원 1로부터 방출되는 전체 광을 샘플 칫솔 1로부터 방출되는 전체 광으로 나눌 것이다. 이어서, 이 몫에 100을 곱해 백분율을 구한다. 샘플 출력원 2로부터 방출되는 전체 광을 샘플 칫솔 2로부터 방출되는 전체 광으로 나눌 것이다. 이어서, 이 몫에 100을 곱해 백분율을 구한다. 샘플 출력원 3으로부터 방출되는 전체 광을 샘플 칫솔 3으로부터 방출되는 전체 광으로 나눌 것이다. 이어서, 이 몫에 100을 곱해 백분율을 구한다. 백분율 1, 2 및 3을 평균하여 백분율 효율을 얻는다.
본 명세서에 개시된 치수 및 값은 언급된 정확한 수치 값으로 엄격하게 제한되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 대신에, 달리 규정되지 않는 한, 각각의 그러한 치수는 언급된 값 및 그 값 부근의 기능적으로 등가인 범위 모두를 의미하고자 한다. 예를 들어, "40 mm"로 개시된 치수는 "약 40 mm"를 의미하는 것으로 의도된다.
임의의 상호 참조되거나 관련된 특허 또는 출원을 포함한, 본 명세서에 인용된 모든 문헌은 명확히 배제되거나 달리 제한되지 않는 한 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된다. 어떠한 문헌의 인용도 본 명세서에 개시되거나 청구된 임의의 발명과 관련된 종래 기술인 것으로 인정하는 것이 아니거나, 그 자체 또는 임의의 다른 참고문헌 또는 참고문헌들과의 임의의 조합인 인용이 임의의 이러한 발명을 교시, 제안 또는 개시한다는 것으로 인정하는 것이 아니다. 또한, 본 문헌의 용어의 임의의 의미 또는 정의가 참고로 포함된 문헌의 동일한 용어의 임의의 의미 또는 정의와 상충되는 경우에는, 본 문헌의 용어에 부여된 의미 또는 정의가 우선할 것이다.
본 발명의 특정 실시예들이 예시되고 설명되었지만, 다양한 다른 변경 및 수정이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주 내에 있는 모든 이러한 변경 및 수정을 첨부된 특허청구범위에서 포함하도록 의도된다.

Claims (10)

  1. 손잡이, 헤드, 및 손잡이와 헤드 사이에 배치된 목부를 포함하고, 헤드는 복수의 접촉 요소를 포함하는 구강 위생 기구로서, 구강 위생 기구는,
    외부 측 표면을 갖는 표시 요소;
    전자기 에너지 출력원;
    출력원과 전자기 에너지에 의해 연통하는 전달 요소;
    외주연을 갖고, 전달 요소와 전자기 에너지에 의해 연통하는 전달 요소 링을 추가로 포함하고,
    전달 요소 링은 전자기 에너지를 출력원으로부터 표시 요소로 방향전환시키고,
    전달 요소 내에 배치된 반사 코어를 갖고, 반사 코어는 전자기 에너지를 출력원으로부터 표시 요소로 방향전환시키고, 반사 코어는 적어도 하나의 반사면을 포함하고,
    전달 요소 링은 적어도 3개의 표면 윤곽을 포함하고 표면 윤곽들 사이의 거리는 가변하고, 표면 윤곽이 전달 요소로부터 더 멀리 떨어질수록 표면 윤곽들 사이의 거리는 증가하고,
    적어도 하나의 표면 윤곽은 전달 요소 링의 내부 표면 상에 위치되는 구강 위생 기구.
  2. 제1항에 있어서, 전달 요소 링은 손잡이의 원주를 횡단하는 구강 위생 기구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 표시 요소는 전달 요소 링의 외주연을 따라 위치된 구강 위생 기구.
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