TWI373330B - Electric toothbrush - Google Patents

Description

1373330 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於電動牙刷。 【先前技術】 習知一種使高速振動之毛刷接觸於牙齒表面進行刷牙 (去除齒垢）的類型之電動牙刷。在此種類型之電動牙刷 中，爲了能提高齒垢去除力及治療感，提出了各種之驅動 機構及驅動方法。 在日本特表平6-510675號公報（WO92/16160)中，揭示 一種在磁性驅動方式之電動牙刷中，以與共振振動數大致 相等之振動數，使設有毛刷的柄臂左右振動的構成。在曰 本特表2007-514397號公報（W02005/058188)中，揭示一種 以從牙刷的共振振動數偏差0〜5Hz程度的振動數爲中心 而使驅動振動數變化，藉以在5〜3 0%之範圍內使牙刷頭之 振幅周期性地變化的構成。另外，在日本特開平7- 1 1 6027 號公報（USP 54 93 74 7)中，揭示一種根據刷牙壓力之檢測結 果來改變馬達之轉速，藉以控制毛刷之振動數的構成。 【發明內容】 本發明之目的在於，提供一種可進一步提高電動牙刷 之齒垢去除力及治療感用的技術》 本發明之另一目的在於，提供一種不會招致構造之複 雜化、成本增加及消費電力的增大，更可進一步提高電動 牙刷之齒垢去除力及治療感用的技術。 爲了達成上述目的，本發明係採用如下之構成。 1373330 以，可以與通常動作模式相等之消費電 振幅之增大（提高齒垢去除力）》 其中，該控制手段亦可反複進行該 第2動作模式。因爲刷掃方向係自動進 一方向之刷掃相比較，可實現良好之齒 較佳爲該第1方向係與毛刷面平行 向係與毛刷面垂直之方向。在此，[毛月 纖維正交，且位於纖維之頂端部分的假 之共振中，毛刷之毛尖係朝平行於治療 動動作，所以可期待獲得高效之齒周袋 方向之共振中，毛刷之毛尖係朝垂直於 幅移動動作，所以可期待獲得高效之齒 齒面的刷掃。 較佳爲該第1共振點係依存於該 性；該第2共振點係依存於該毛刷的特 較佳爲該控制手段係檢測作用於該 根據檢測出之負荷來調整該驅動源之輸 賴作用於毛刷上的負荷，而使振動構件 較佳爲該運動傳遞機構係內裝於該 動構件係透過彈性構件安裝於電動牙刷 成’因運動傳遞機構係內裝於振動構件 附近有效地進行振動，並且藉由介設彈 動構件之振動不容易傳遞到電動牙刷本 使用感。 力，而有效地達成 第1動作模式及該 行切換，所以與單 垢去除效果。 之方向該第2方 ί!ΐ面]係指與毛刷的 想面。在第1方向 部的方向作小幅移 部的刷掃，在第2 治療部的方向作小 間部及齒周袋部或 運動傳遞機構的特 性。 毛刷上的負荷，並 出。這是因爲可依 之振動特性變動。 振動構件內’該振 本體上。根據此構 內，所以可使毛刷 性構件，而使得振 體上，所以可提高 1373330 該運動傳遞機構係連結於 動構件具備套管，其具有 的電動牙刷中，振動構件 進行二維振動。並且，在 向上分別出現共振。並可 方向而使用。 理盡可能地加以組合，構 f刷之齒垢去除力及治療 之複雜化、成本增加及消 詳細說明本發明之較佳實 %明電動牙刷之構成。第1 圖，第2圖爲顯示電動牙 圖爲方塊圖。 握動源之馬達10的電動牙 j );及具有毛刷2 1 0的振 筒形狀’並兼作爲在刷牙 較佳爲該驅動源係一馬達； 該馬達之轉軸上的偏心軸，該振 偏心軸之軸承。在此種驅動原理 (毛刷）係於垂直於旋轉軸的面內 其振動面內之大致正交的二個方 將此二個方向用作爲第1及第2 又，可將上述各手段及各處 成本發明。 本發明可進一步提高電動ί 感。另外，本發明不會招致構成 費電力的增大。 【實施方式】 以下，參照圖式，例示性地 施形態。 (第1實施形態） <電動牙刷之構成> 參照第1、第2及第3圖，i 圖爲顯示電動牙刷之外觀的立體 刷之內部分構成的剖視圖，第3 電動牙刷具備：內建有作爲| 刷本體1(以下，簡稱爲「本體1 動構件2。本體1係呈現大致圓 時讓使用者用以手持之把柄部。 在本體1上設有用以進行電源之導通/切斷及動作模式 1373330 的切換之開關s。另外，在本體1之內部設有作爲驅動源 的馬達10、用以控制馬達10之轉速的驅動電路12、2.4V 電源之充電池13、及充電用之線圈14等。在對充電池13 進行充電時，僅利用將充電器（未圖示）載置於本體1上， 便可藉由電磁感應而以非接觸進行充電。如第3圖所示， 驅動電路12具備：CPU(中央運算處理裝置）12〇、記憶程式 或各種設定値之記憶體121、及計時器122等》 振動構件2具備：固定於本體1側之套管部20;及裝設 於此套管部20之毛刷零件21。在此毛刷零件21之前端植 入有刷毛2 1 0。毛刷零件2 1係一種消耗零件，其係爲了能 更換新品而可對套管部20自由拆裝的構成。 套管部20係由樹脂材料所構成之套管200及保持器 201、以及由彈性材料所構成之彈性構件202所構成。此彈 性構件2 0 2較佳係以藉由內嵌成形而一體地形成於套管 2〇〇及保持器201上。彈性構件202係介設於套管200及 保持器201之間，並具備分別從設於保持器201上之複數 個貫穿孔突出的複數個（例如，3個）突起部202A。套管部 20係藉由彈性構件202之3個突起部202A的3點接觸而 被定位於本體1之外殼上。如此，本實施形態之振動構件 2，係透過彈性構件202而安裝於本體1上。 套管2 00係前端（毛刷側之端部）被封閉之筒狀構件， 在筒內部之前端具有軸承203。連結於馬達10之旋轉軸11 的偏心軸30之前端，係插入套管20 0之軸承203。此偏心 軸30係於軸承2 03附近具有重塊3 00，以使偏心軸30之 1373330 重心偏離其旋轉中心。又，在偏心軸30之前端與軸承203 之間設有微小間隙》 <電動牙刷之基本動作> 以下，針對電動牙刷之基本動作進行說明。 當成爲電源導通之狀態時，CPU120將脈衝寬度調變信 號（PWM信號）供給於馬達10,以使馬達10之旋轉軸Η旋 轉。伴隨著旋轉軸11之旋轉，偏心軸30亦開始旋轉，但 因偏心軸3 0的重心被偏移，所以，其進行繞旋轉中心的運 動。藉此，偏心軸30之前端重複地對軸承203之內壁進行 衝突，以使套管2 00及裝設於此套管上之毛刷零件21高速 振動。即，偏心軸30係擔當將馬達1〇之輸出（旋轉）轉換 爲振動構件2之振動的運動傳遞機構（運動轉換機構）的功 能。利用使手握持本體1並將高速振動之毛刷210接觸於 牙齒上，即可去除齒垢。又，CPU120係使用計時器122來 監視持續動作時間，在經過規定時間（例如，2分鐘）之後， 自動地使毛刷之振動停止。 在本實施形態之電動牙刷中，作爲電動傳遞機構之偏 心軸30，係內裝於振動構件2內，尤其是重塊300被配置 在毛刷210之附近。藉此’可有效地使毛刷210之部分振 動。另一方面，因振動構件2(套管部20)係透過彈性構件 2〇2安裝於本體1上’所以，振動構件2之振動難以被傳 遞到本體1。藉此’可減低刷牙時之本體1及手的振動， 可獲得使用感之提高。 -10- 1373330 <振動特性之說明> 在本實施形態之電動牙刷中，如上述，利用偏心軸3 0 之旋轉運動，產生毛刷210之振動。在此種驅動原理之情 況，毛刷210係可在垂直於馬達之旋轉軸的面內進行二維 振動。第4圖模式地顯示毛刷之振動的軌道（X軸：馬達旋轉 軸；Y軸：垂直於旋轉軸且平行於毛刷面的方向；Z軸：垂於 毛刷面的方向）。在圖示之例中，毛刷2 1 0係以橢圓狀之軌 道40而於YZ平面進行振動。毛刷面係指與毛刷的纖維正 交，且位於纖維之頂端部分的假想面。 本發明人等經過一面使振動數（馬達轉速）變化一面觀 察分析毛刷之振動’發現此電動牙刷具有第5圖所示之振 動特性。第5圖爲顯示於Z軸方向對毛刷施加i〇0g之負荷 的狀態之振動數與振幅的關係。橫軸係振動數[Hz]，縱軸 係振幅[m m ]，實線之曲綠表示γ軸方向（橫方向）的振幅， 虛線之曲線表示Z軸方向（縱方向）的振幅。 從第5圖之曲線可知’本實施形態之電動牙刷，至少 具有2 .個共振點（共振振動數），各共振點之共振方向相異。 具體而言，在振動數低之側的共振點（第1共振點：約 100Hz)’產生是平行於毛刷面之共振方向的γ軸方向之共 振’在振動數高之側的共振點（第2共振點：約2〇〇Hz),產 生是垂直於毛刷面之共振方向的Z軸方向之共振。 出現方向不同之複數個共振的理由，可認爲主要是由 電動牙刷之構造或其驅動原理所造成。本發明人等利用一 面改變偏心軸或毛刷之構成一面反複地進行實驗，得到第 -11-

1373330 1共振點主要是依存於運動傳遞機構之特性 點主要是依存於毛刷之特性的知識。換言之 變運動傳遞機構之構造或形狀（簡單地，偏心 置、大小、重量等），可調整第1共振點之拔 另外’利用改變毛刷之構造或形狀，可調整 振動數或振幅。 <動作模式之說明> 本實施形態之電動牙刷，具有驅動振動 個動作模式。隨著從電源切斷之狀態按壓開 動作模式依序被切換，當完成一輪時，則返 如第3圖所示，於記憶體121中預先儲存有 模式之設定値。此設定値係對應於各動作模 數的參數，其具體之數値係根據第5圖之實尾 當動作模式被切換時，CPU 120從記憶體 之設定値，並根據此値來決定PWM信號之| 負荷時間比變大時，則馬達1 〇之轉速增大， 2 1 〇之振動數亦增高。如此，在本實施形態 I2擔當控制馬達10之輸出（轉速）及毛刷21 ( 制手段的功能。 以下，參照第5圖及第6A至第6C圖， 式之特徵。第6A至第6C圖顯示各動作模5 的波形之一例。 (1)第1共振動作模式 第1共振動作模式係利用第1共振點之 ，而第2共振 ，得知利用改 軸之重塊的位 1動數或振幅1 第2共振點之 數不同之複數 關S的過程， 回切斷狀態。 對應於各動作 式之驅動振動 I結果所決定》 1 2 1讀入該當 I荷時間比。當 其結果，毛刷 中，驅動電路 之振動數的控 說明各動作模 ζ之PWM信號 動作模式。驅 -12- 1373330 動振動數係設定於第1共振點（約100Hz)或其附近。第6A 圖顯示第1共振動作模式之PWM信號（負荷時間比：約 5 0%)。在第1共振動作模式中，毛刷210之γ軸方向（橫方 向）的振幅，比通常動作模式時的振幅要增大，可提高齒垢 去除力及治療感。尤其是在第1共振動作模式中，毛刷210 之毛尖係朝平行於治療部的方向作小幅移動動作，所以， 可期待獲得高效之齒周袋部的刷掃。 (2) 第2共振動作模式 第2共振動作模式係利用第2共振點之動作模式。驅 動振動數係設定於第2共振點（約200Hz)或其附近。第6B 圖顯示第2共振動作模式之PWM信號（負荷時間比：約 80 °/〇)。在第2共振動作模式中’毛刷210之Z軸方向（縱方 向）的振幅’比通常動作模式時的振幅要增大，可提高齒垢 去除力及治療感。尤其是在第2共振動作模式中，毛刷21〇 之毛尖係朝垂直於治療部的方向作小幅移動動作，所以， 可期待獲得高效之齒間部及齒周袋部或齒面的刷掃。 (3) 通常動作模式 通常動作模式係不利用共振之動作模式。驅動振動數 係設定於第1共振點與第2共振點之間（例如，1 5 〇 H z)。又， 亦可如120Hz、140Hz、160Hz、180Hz地設置多段之通常 動作模式’並由開關S進行切換。另外，以設置比第1共 振點還低之振動數或比第2共振點還高之振動數的通常動 作模式爲較佳。 (4) 共振切換動作模式

1373330 共振切換動作模式係交互地反複進行第 式與第2共振動作模式的動作模式。具體而 所不’以一定之時間間隔（例如，約0.2秒之 個動作模式。如此，利用自動地切換刷掃方 之毛尖從各種角度接觸於治療部，所以與單 比較’可實現更爲優良之齒垢去除效果。 如上述，根據本實施形態，可提高齒垢 感。而且，因爲可利用不同共振方向之複數 式’所以例如，若依照治療部位而切換刷掃〕 等的話，可獲得更高之齒垢去除效果。另外 之轉速控制，便可實現複數個共振動作模式 動系統或傳遞系統，不需要特殊之機構或零 不會招致電動牙刷之構成的複雜化或成本之 爲利用共振現象’所以，可以與通常動作模 電力’而有效地達成振幅之增大（提高齒垢5 (第2實施形） 在該第1實施形態中，在各動作模式值 値。但是，如第7圖所示，當作用於毛刷之 毛刷之振動特性發生變動，共振點之位置边 第7圖顯示負荷250g之情況的振動特性，舞 於110Hz處，第2共振點出現於250Hz處 之情況（第5圖）比較’可知兩個共振點均蠻 第2實施形態中’檢測作用於毛刷之負荷， 大小來調整馬達之轉速。 1共振動作模 言，如第6 C圖 間隔）來切換2 向，可使毛刷 :一方向之刷掃 i去除力及治療 :個共振動作模 &法（刷掃方向） •，僅利用馬達 i，所以，於驅 :部件。藉此， .增加。又，因 [式相等之消費 除力）。 i用單一之設定 :負荷變化時， :會發生變化。 i 1共振點出現 ，與負荷1 〇〇g 丨大。在此，在 並根據負荷之 -14- 1373330 第8圖爲第2實施形態之電動牙刷的方塊圖。與第1 實施形態之差異在於’設置電流檢測電路1 2 3，及在記憶 體121中對應於負荷之大小而儲存有複數個設定値之點。 電流檢測電路1 23係用以檢測馬達1 0之電流値的電 路。隨著將毛刷強力地按壓於齒面，則作用於毛刷之負荷 增大》當作用於毛刷之負荷增大時，馬達10之負荷亦增 大，流動於馬達1〇之電流値增大。藉此，CPU 120可根據 電流檢測電路1 2 3之檢測結果，來推定作用於毛刷2 1 0之 負荷的大小。 在記億體121內，依各動作模式而儲存有對應於負荷 70g〜25 0g之範圍的設定値。在本實施形態中，準備有對 應於預先決定之負荷、如負荷70g、100g、...、250g之値（代 表値）的設定値。CPU 120係根據作用於毛刷之負荷的値， 從此等之設定値中選擇最適宜的値，或是，藉由插入此等 之設定値，以計算適宜之値。又，在可以負荷大小之函數 表現設定値的情況，以將表示此函數之參數儲存於記憶體 中爲較佳。 藉由此種之構成，利用因應作用於毛刷之負荷的大 小，適宜地調整馬達之轉速，以增補依存於負荷之共振點 的偏差，可正確地再現共振現象。 (變化例） 上述實施形態之構成，僅爲例示本發明之一具體例者 而已β本發明之範圍並不限定於上述·實施形態，在其技術 思想之範圍內可作各種之變形。 1373330 例如’在上述實施形態中’雖僅利用第1共振點及第 2共振點之2個共振點，但亦可利用3個或3個以上之共 振點。亦即’只要振動構件具有複數個共振點，控制手段 具有複數個共振動作模式，則均被包含於本發明之技術思 想範圍內。 另外’在上述實施形態之共振切換動作模式中，雖交 互地反複進行第1共振動作模式及第2共振動作模式，但 並不限定於此切換態樣。例如，亦可爲在2個共振動作模 式之間夾有通常動作模式的切換態樣、或隨機地切換此等 複數個動作模式的切換態樣。另外，切換間隔亦可適宜變 更。另外，亦可設置切換態樣或切換間隔不同之複數種類 的共振切換動作模式。另外，亦可取消僅利用如第1共振 動作模式或第2共振動作模式之一個共振點的動作模式， 而爲如共振切換模式般地僅利用複數個共振點之動作模 式。 【圖式簡單說明】 第1圖爲顯示電動牙刷之外觀的立體圖。 第2圖爲顯示電動牙刷之內部分構成的剖視圖。 第3圖爲第1實施形態之方塊圖。 第4圖爲顥示毛刷之振動的模式圖。 第5圖爲顯示負荷1 〇〇g之情況的共振點之曲線圖。 第6A至第6C圖爲顯示各動作模式之PWM信號的波 形圖。 第7圖爲顯示負荷250g之情況的共振點之曲線圖。 第8圖爲第2實施形態之方塊圖。 -16- 1373330 【主要元件符號說明】

1 電動牙刷本體 2 振動構件 10 馬達 11 轉軸 12 驅動電路 13 充電池 14 線圈 20 套管部 2 1 毛刷零件 30 偏心軸 120 CPU 121 記憶體 122 計時器 200 套管 201 保持器 202 彈性構件 202 A 突起部 203 軸承 2 10 毛刷 300 重塊 開關 s

Claims (1)

1373330 I I ---(啐U月日修漫)正替镇 修正本 第0971 2838 1號「電動牙刷」專利申請案 (2011年11月18日修正） 申請專利範圍： 種電動牙刷，其具備： 一個驅動源； 具有毛刷的振動構件； 運動傳遞機構，係將該驅動源之輸出轉換爲該振動 構件的振動；及 控制手段，係控制該驅動源之輸出， 該振動構件具有使該毛刷朝第1方向振動之第丨共 振點、及使該毛刷朝第2方向振動之第2共振點： 該控制手段具有以產生該第1方向之共振的方式控 制該驅動源之輸出的第1動作模式、及以產生該第2方 向之共振的方式控制該驅動源之輸出的第2動作模式。 2 .如申請專利範圍第1項之電動牙刷，其中該控制手段係 反複進行該第1動作模式及該第2動作模式。 3.如申請專利範圍第1或2項之電動牙刷，其中該第1方 向係與毛刷面平行之方向；該第2方向係與毛刷面垂直 之方向。 4.如申請專利範圍第1或2項之電動牙刷，其中該第1共 振點係依存於該運動傳遞機構的特性；該第2共振點係 依存於該毛刷的特性。 5 ·如申請專利範圍第1或2項之電動牙刷，其中該控制手 段係檢測作用於該毛刷上的負荷，並因應於檢測出之負 荷來調整該驅動源之輸出。 1373330 im III |f畔I 1月1妇修(是征替換頁·| 修正本 6_如申請專利範圍第1或2項之電動牙刷，其中該運動傳 遞機構係內裝於該振動構件內，該振動構件係透過彈性 構件安裝於電動牙刷本體上。 7.如申請專利範圍第丨或2項之電動牙刷，其中該驅動源 係馬達； 該運動傳遞機構係連結於該馬達之轉軸上的偏心 軸’該振動構件鸟備套管，其具有偏心軸之軸承。