(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ポリマーモーターであって、
固定部材と、
前記固定部材に固定連結される第１の末端部と、第２の末端部と、を有する第１の作動装置であって、２つの電極の間に位置するポリマーを備え、前記電極は電源と連通する、第１の作動装置と、
軸を有する本体を備える被作動部材であって、前記第１の作動装置の前記第２の末端部に固定連結される、被作動部材と、
前記固定部材に固定連結される第１の末端部と、前記被作動部材の前記本体に固定連結される第２の末端部と、を有する圧縮性部材であって、前記第１の作動装置から隔てられる、圧縮性部材と、を備え、
前記第１の作動装置は、前記被作動部材を移動させるように、前記電源が前記電極に対して電圧を印加後、長さを変えるようになっており、
前記第１の作動装置の伸長により、前記被作動部材を前記軸を中心として回転方向に振動させる、モーター。
【請求項２】
前記被作動部材は、前記軸により隔てられる第１の脚と第２の脚と、前記軸に沿ってかつ当該軸を中心として、前記第１の脚と第２の脚との間に位置するシャフトベアリングと、を更に備える、請求項１に記載のモーター。
【請求項３】
前記ポリマーは、前記電極の間に静電場を印加することにより電気的に活性化されるか、又は、前記電極に印加される前記電圧に応答して弾性的に変形する、請求項１又は２に記載のモーター。
【請求項４】
前記第１の作動装置は、約０．１％〜約４０％まで、予ひずみを受ける、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモーター。
【請求項５】
前記第１の作動装置は、約２％〜約２０％まで、予ひずみを受ける、請求項４に記載のモーター。
【請求項６】
前記第１の作動装置は、約１０％〜約１５％まで、予ひずみを受ける、請求項５に記載のモーター。
【請求項７】
前記圧縮性部材は、２つの電極の間に位置する、予ひずみを受けたポリマーを備える第２の作動装置を備え、前記電極は前記電源と連通する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のモーター。
【請求項８】
前記第１及び第２の作動装置の伸長により、前記被作動部材を前記中心軸を中心として振動させる、請求項７に記載のモーター。
【請求項９】
前記被作動部材は、前記第１及び第２の作動装置に対する前記電源からの振動パルスに応答して振動し、前記第１及び第２の作動装置に対する前記電源からの脈動パルスに応答して脈動する、請求項７又は８に記載のモーター。
【請求項１０】
前記電源は、前記第１及び第２の作動装置に交互に出力し、この結果、前記被作動部材は前記軸の周囲で振動するか、又は、前記電源は、前記第１及び第２の作動装置へ実質的に同時に出力を供給し、この結果、前記被作動部材は前記軸に対して半径方向に移動する、請求項７〜９のいずれか一項に記載のモーター。
【請求項１１】
前記電源が前記電極に印加する電圧量及びパルスパターンの周波数を制御する制御装置を更に備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のモーター。
【請求項１２】
電動歯ブラシであって、
洗浄面を有するヘッドと、
前記ヘッドに連結され、電源と、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のモーターとを有するハンドルであって、前記第１の作動装置は、前記ハンドルに固定連結される第１の末端部と、第２の末端部とを有し、前記第１の作動装置は、前記２つの電極の間に位置する予ひずみを受けたポリマーを備える、ハンドルと、
を備え、
前圧縮性部材は、前記ハンドルに固定連結される第１の末端部と、第２の末端部とを有し、前記第１の作動装置から隔てられ、かつ実質的に平行であり、前記圧縮性部材は、２つの電極の間に位置する予ひずみを受けたポリマーを備え、前記電極は、前記電源と連通し、
前記被作動部材は、第１の脚と、第２の脚と、前記第１の脚と前記第２の脚との間に位置しかつ連結されるシャフトベアリングと、を備え、前記第１の脚及び前記第２の脚は、前記シャフトベアリングに対して第１の角度により隔てられ、前記第１の脚は、前記第１の作動装置の前記第２の末端部に連結され、前記第２の脚は、前記圧縮性部材の前記第２の末端部に連結され、
前記被作動部材の前記シャフトベアリングと連通するシャフトであって、前記第１及び第２の作動装置は、前記被作動部材及び前記シャフトを振動、脈動、及び／又は直線移動させるように前記電源から印加される電圧に応答して伸長する、シャフトを更に備える、歯ブラシ。
【請求項１３】
ヘッドとネックとを備える洗浄取付具であって、前記シャフトと連通する洗浄取付具を更に備える、請求項１２に記載の歯ブラシ。
【請求項１４】
前記電源により供給される出力タイプを選択するように、スイッチを更に備える、請求項１２又は１３に記載の歯ブラシ。
【請求項１５】
前記電源は、時間経過に基づいて、前記第１の作動装置及び前記圧縮性部材に供給される前記出力タイプの間で切り替わる、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の歯ブラシ。
【請求項１６】
前記ハンドル及び前記被作動部材に連結される前側ベアリングであって、前記シャフトに対しての旋回点として機能するように前記シャフトを包囲する、前側ベアリングを更に備える、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の歯ブラシ。
【請求項１７】
前記前側ベアリングを中心として前記シャフトによる交互又はスーパーインポーズの旋回運動を許可するように、前記シャフトを中心として柔軟であり、前記ハンドルに柔軟に取り付けられる後側ベアリングを更に備える、請求項１６に記載の歯ブラシ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、電子ポリマーモーターに関し、特に、小型装具の被作動部材を振動及び／又は脈動させる電子ポリマーモーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ポリマーモーターは、典型的に、ロボット工学、レンズ位置決め、及びポンプにおいて使用されてきた。概して、これらのモーターは、２つの導電弾性層（つまり、電極）の間に位置付けられるポリマー被膜層を備える。ポリマーは、誘電体として考えられ得る。ポリマーは、１組の電極に対して印加される電圧に応答して変形し、これにより、電力を機械的な運動に変換する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明に係り、固定部材と、固定部材に固定連結される第１の末端部及び第２の末端部を有する第１の作動装置と、を備える電子ポリマーモーターが提示される。第１の作動装置は、２つの電極の間に位置するポリマーを備えることができる。電極は、電源と連通することができる。モーターはまた、第１の脚と第２の脚とを備える被作動部材も備えることができ、第１の脚及び第２の脚は軸により隔てられてもよい。被作動部材は、第１の作動装置の第２の末端部に固定連結されてもよい。モーターはまた、固定部材に固定連結される第１の末端部と、被作動部材の第２の脚に固定連結される第２の末端部と、を有する、圧縮性部材も備えることができる。圧縮性部材は、第１の作動装置から隔てられてもよい。第１の作動装置は、被作動部材を移動させるように、電源が電極に対して電圧を印加した後、伸長することができる。
【０００４】
本発明の別の実施形態に従って、ポリマーは、予ひずみを受けていてもよい。
【０００５】
本発明の別の実施形態に従って、被作動部材の第１の脚及び被作動部材の第２の脚は、中央軸に対する第１の角度により隔てられてもよい。
【０００６】
本発明の更に別の実施形態に従って、洗浄面を有するヘッドと、ヘッドに連結されるハンドルと、を備える電動歯ブラシが提示される。ハンドルは、電源と、モーターと、を有することができる。モーターは、ハンドルに固定連結される第１の末端部と、第２の末端部と、を有する第１の作動装置を備えることができる。第１の作動装置は、２つの電極の間に位置する、予ひずみを受けたポリマーを備えることができる。電極は、電源と連通することができる。モーターはまた、ハンドルに固定連結される第１の末端部と、第２の末端部と、を有する、第２の作動装置も備えることができる。第２の作動装置は、第１の作動装置から隔てられ、かつ第１の作動装置と実質的に平行であってもよい。第２の作動装置は、電源と連通することができる２つの電極の間に位置する、予ひずみを受けたポリマーを備えることができる。歯ブラシはまた、第１の脚と、第２の脚と、第１の脚と第２の脚との間に位置し、かつ第１及び第２の脚に連結されるシャフトベアリングと、を備える被作動部材も備えることができ、第１の脚及び第２の脚は、シャフトベアリングに対する第１の角度により隔てられてもよい。第１の脚は、第１の作動装置の第２の末端部に連結されてもよく、第２の脚は、第２の作動装置の第２の末端部に連結されてもよい。最後に、歯ブラシは、被作動部材のシャフトベアリングと連通するシャフトを備えることができる。第１及び第２の作動装置は、被作動部材及びシャフトを振動、脈動、及び／又は直線的に移動させるように、電源から印加された電圧に応答して伸長することができる。
【０００７】
本発明のまた別の実施形態に従い、電子ポリマー運動の方法が提示される。方法は、電源からの振動パルスで、第１の予ひずみを受けたポリマー作動装置及び第２の予ひずみを受けたポリマー作動装置を交互に作動させることと、被作動部材の軸を中心として第１及び第２の作動装置の作動により被作動部材を振動させることと、を含むことができる。
【０００８】
本発明のまた更に別の実施形態に従い、電源は、中心軸を中心として被作動部材の振動及びパルス運動を実質的に同時に生成するように、交互の振動パルスの間に実質的に同時に振動パルスを供給することができる。
【０００９】
したがって、小型装具がコスト効率を高め、軽量で、電力消費を抑制し、より小型化される可能性を有するように、小型装具内に電子ポリマーモーターを提供することは、本発明の実施形態の特徴である。本発明の実施形態の他の特徴は、本明細書に具体化される本発明の説明を考慮すれば明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の特定の実施形態の以下の「発明を実施するための形態」は、以下の図面を参照すると最適に理解され得て、図中、同様な構造は同様な参照番号により示される。
【図１Ａ】本発明の別の実施形態に係る、例示的な電子ポリマーモーターの略図。
【図１Ｂ】図１Ａに係る例示的な電子ポリマーモーターを部分的に回転させた略図。
【図２】本発明の実施形態に係る、例示的な歯ブラシの透視図。
【図３】本発明の実施形態に係る、例示的な電子ポリマーモーターの略図。
【図４Ａ】本発明の実施形態に係る、例示的なデジタル振動電圧パターン図。
【図４Ｂ】本発明の実施形態に係る、例示的な正弦波振動電圧パターン図。
【図５Ａ】本発明の実施形態に係る、２つの異なる振動周波数に対する例示的な正弦波電圧パターン図。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に係る、２つの異なる振動周波数に対する例示的なデジタル電圧パターン図。
【図６Ａ】本発明の実施形態に係る、１つのポリマー作動装置とバネとを備える例示的な電子ポリマーモーターの略図。
【図６Ｂ】図６Ａに係る１つのポリマー作動装置とバネとを備える例示的な電子ポリマーモーターを部分的に回転させた略図。
【図７】本発明の実施形態に係る、例示的な歯ブラシの略図。
【図８】本発明の実施形態に係る、歯ブラシの例示的な駆動及び被作動部材の透視図。
【図９】図８に係る例示的な歯ブラシの駆動システムをＡ−Ａに沿って切断した断面図。
【図１０】図９に係る例示的な歯ブラシの駆動システムをＢ−Ｂに沿って切断した断面図。
【図１１】本発明の実施形態に係る、１つのポリマー作動装置とバネとを備える例示的な電子ポリマーモーターの別の略図。
【図１２】本発明の実施形態に係る、２つのポリマー作動装置を備える例示的な電子ポリマーモーターの別の略図。
【図１３】本発明の実施形態に係る、２つのポリマー作動装置とを備える例示的な電子ポリマーモーターのまた別の略図。
【００１１】
図に示した実施形態は、実例に過ぎず、請求項により定義される本発明を制限することを意図したものではない。更に、図及び本発明の各特徴は、詳細な説明に照らし合わせれば、より明確になり理解されるであろう。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の本文は、本発明の多種多様な実施形態の大まかな説明を示す。説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、あらゆる可能な実施形態を説明することは、不可能ではなくても非現実的であるため、あらゆる可能な実施形態を説明せず、更に、本明細書に説明される任意の特長、特徴、構造、構成要素、工程又は方法論は、削除され得るか、本明細書に説明される任意の他の特長、特徴、構造、構成要素、製造工程、又は方法論の説明と、その全部又は部分的に組み合わせ又は置換され得る。最新の技術又は本特許の申請日以降に開発された技術のいずれかを用いて、非常に多くの代替的な実施形態を実施することができるが、このような実施形態はそれでも、本請求項の範囲内に含まれることになるであろう。
【００１３】
また、「本明細書に使用されるように、『＿』という用語は．．．を意味するようにここで定義される」という文又は同様な文を使用して本特許において用語が明示的に定義されない限り、その平易又は通常の意味を超えて、明示的又は暗示的いずれかで、その用語の意味を制限する意図は全くないことを理解されたく、更に、当該用語は、（請求項の言語を除き）本明細書のいずれの項においても記載のいずれの文に基づいて範囲を制限されると解釈されるべきではない。いずれの用語も、本発明に不可欠なものとして記載されていない限りは、本発明に不可欠なものではないことが意図される。請求要素は、「手段」という語及び任意の構造の詳細を伴わない機能を列挙することにより定義されない限り、一切の請求要素の範囲は、米国特許法第１１２条（３５  ＵＳＣ  １１２）第６項の適用に基づいて解釈されることを意図しない。
【００１４】
実施形態の以下の詳細な説明において、添付の図面が参照されるが、これらの図面はその一部を形成するもので、本発明が実践されてもよい特定の実施形態の実例として示されるものであって、制限として示されるものではない。他の実施形態が利用される場合があること、その論理的、機械的、及び電気的な変更は、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、行われる場合があることを理解されたい。
【００１５】
最初に図１Ａを参照すると、例示的な電子ポリマーモーター１０の略図が示される。例示的な電子ポリマーモーター１０は、被作動部材３５と、被作動部材３５と固定部材１５との間に連結される第１の作動装置２０と、被作動部材３５と固定部材１５との間に連結される圧縮性部材５５と、を備えることができる。固定部材１５は、任意選択的に、モーター１０の一部、又は、例えば、歯ブラシのハンドル（例えば、図７〜１０に詳細が示されるハンドル１８０）等のモーター１０とは別の構成要素であってもよい。
【００１６】
被作動部材３５は、中心本体４２と、中心本体４２から延在する第１の脚４０と、中心本体４２から第１の脚とは反対方向に延在する第２の脚４５と、を備えることができる。第１の脚４０及び第２の脚４５は、中心平面５１を中心として対称的であってもよい。中心本体４２は、図２に示されるように、モーター１０の縦軸５０に沿って縦方向に配置されてもよい。第２の脚４５は、第１の脚４０から第１の角度８０で、縦軸５０を中心として半径方向に配置されてもよい。角度８０は、約０度〜約３６０度、約３０度〜約１８０度、又は約４５度〜約９０度の間であってもよい。被作動部材３５は、縦軸５０を中心として時計回り及び／又は反時計回りに回転することができる。
【００１７】
この例示的な実施形態の中心本体４２は、そこを通じて配置され、縦軸５０と同軸上に配列される円筒形状の開口６０を有する実質的に円筒形状を備えることができる。このように、開口６０は、歯ブラシ等の小型装具の駆動軸上にスライドされ、付着されてもよい。開口６０はまた、当業者には周知のシャフトベアリング（図示せず）も備えることができる。代替の実施形態において、中心本体４２は、歯ブラシ等の小型装具のための駆動軸の一部を一体化して形成するか、又は、このような駆動軸に連結されてもよい。図３に示される別の例示的な実施形態では、第１の角度が実質的に１８０度であってもよいように、第１の脚４０及び第２の脚は実質的に直線的に配列されてもよい。第１及び第２の脚は、一体ユニットを構成してもよいことが理解される。
【００１８】
第１の脚４０、第２の脚４５、及び中心本体４２は、被作動部材３５を形成するように、単一の一体構成要素であってもよく、又は、周知の手段及び方法を使用して連結される３つの個別の特有の構成要素であってもよい。図１Ａに示されるように、第１の脚４０は、中心本体４２に隣接した近位端４３と、近位端とは反対方向の遠位端４１と、を備えることができる。同様に、第２の脚４５は、中心本体に隣接した近位端４４と、近位端とは反対方向の遠位端４６と、を備えることができる。
【００１９】
第１の脚４０の遠位端４１は、溶接、音波溶接、接着剤、シーミング技術、ブラケット、ラミネート技術及び方法、これらの組み合わせ等が挙げられるがこれらに限定されない、多様な周知及び未知の方法並びに装置を使用して、第１の作動装置２０の第２の末端部２４に固定連結されてもよい。第１の脚４０の遠位端４１に連結されて示されているが、第１の作動装置２０は、第１の脚４０の長さ及び／又は幅に沿ってどの場所にでも連結されてもよいことが理解される。第１の作動装置２０の第１の末端部２２は、溶接、音波溶接、接着剤、シーミング技術、ブラケット、ラミネート技術及び方法、これらの組み合わせ等が挙げられるがこれらに限定されない、多様な周知及び未知の方法並びに装置を使用して、固定部材１５に固定連結されてもよい。
【００２０】
図１Ａに示されるように、第１の作動装置２０は、１組の電極３０の間に位置するポリマー２５を備えることができる。１組の電極３０は、接着剤、音波溶接、機械的連結装置、コーティング、これらの組み合わせ等が挙げられるがこれらに限定されない、多様な周知の方式において、第１の作動装置２０の反対側表面に取り付けられてもよい。１組の電極３０は、電源（図示せず）に連通することができる。１組の電極３０は、ポリマー２５に対して電圧を印加することができ、この結果、ポリマー２５は多数の異なる方向（つまり、縦方向、横方向、対角線方向等）に変形する（つまり、ポリマー２５は、印加された電圧に応答して拡張及び／又は縮小することができる）。本発明における使用に適したポリマー２５及び電極３０は、米国特許第６，５４５，３８４号及び同第６，７８１，２８４号に詳細が説明され、これらは、参照により本明細書に組み入れられる。
【００２１】
第１の作動装置２０は、約０．１ｍｍ〜約２００ｍｍの長さ（Ｌ）を有することができ、より具体的には、第１の作動装置２０は、約０．５ｍｍ〜約１５０ｍｍの長さを有することができ、更により具体的には、第１の作動装置２０は、約１ｍｍ〜約１００ｍｍの長さを有することができる。第１の作動装置２０は、約０．１ｍｍ〜約８０ｍｍの幅を有することができ、より具体的には、第１の作動装置２０は、約０．５ｍｍ〜約６０ｍｍの幅を有することができ、更により具体的には、第１の作動装置２０は、約１ｍｍ〜約４０ｍｍの幅を有することができる。単一の作動装置２０は、約１μｍ〜約２００μｍの厚さを有することができ、より具体的には、単一の作動装置２０は、約３μｍ〜約１５０μｍの厚さを有することができ、更により具体的には、単一の作動装置２０は、約５μｍ〜約１００μｍの厚さを有することができる。別の例示的な実施形態では、１つ以上のポリマー２５は、変位に対するより大きい力を生成するように、ラミネート加工されてもよい。この実施形態において、ラミネート加工されたポリマーは、約２μｍ〜２０ｍｍの全体的な厚さを有することができ、より具体的には、ラミネート加工されたポリマーは、約２０μｍ〜約５ｍｍの全体的な厚さを有することができ、更により具体的には、ラミネート加工されたポリマーは、約１ｍｍの全体的な厚さを有することができる。
【００２２】
一実施形態において、作動装置２０のポリマー２５は、予ひずみを受けてもよい。一実施形態において、作動装置２０は、約０．１〜６０％まで予ひずみを受けてもよい。別の実施形態では、作動装置２０は、２〜２０％まで予ひずみを受けてもよい。また別の実施形態では、作動装置２０は、１０〜１５％まで予ひずみを受けてもよい。予ひずみ（ε）の量は、以下の式を使用して、回転角度（α）とレバーアームの長さ（Ａ０）（つまり、第１又は第２の脚４０、４５の長さ）との関係に依存することができる。
【数１】
0005479476.tif 000002
【００２３】
図１Ｂに示されるように、例えば、ポリマー作動装置に対する予ひずみの量を決定するには、以下の式が使用されてもよい。
【数２】
0005479476.tif 000003
式中、εはひずみ、αは偏角、Ｌ０は偏向しない作動装置の長さ、及びＬ１は変形した作動装置の長さである。例えば、Ｌ０＝８ｍｍ、Ａ０＝５ｍｍ、α＝８°、Ｌ１＝８．７ｍｍが使用される場合、εは（８．７−８）／（８）＝０．０８７又は８．７％である。予ひずみを与えることにより、ポリマー２０は、一定方向に、例えば、縦方向に変形することができる。
【００２４】
電子ポリマーモーター１０はまた、第１の末端部５７及び第２の末端部５９を有する、圧縮性部材５５も備えることができる。第１の末端部５７は、固定部材１５に固定連結されてもよく、第２の末端部５９は、第２の脚４５の遠位端４６に固定連結されてもよい。第１及び第２の末端部５７及び５９は、溶接、音波溶接、接着剤、シーミング技術、ブラケット、ラミネート技術及び方法、これらの組み合わせ等が挙げられるがこれらに限定されない、多様な周知及び未知の連結方法並びに装置を使用して、それぞれ、固定部材１５及び第２の脚４５に連結されてもよい。圧縮性部材５５は、第１の作動装置２０から隔てられてもよい。加えて、図１〜３の例示的な実施形態に示されるように、圧縮性部材５５は、中心平面５１の反対側の第１の作動装置２０から隔てられ、かつ実質的に平行に配置されてもよい。第２の脚４５の遠位端４６に連結されて示されるが、圧縮性部材５５は、第２の脚４５の長さ及び／又は幅に沿ってどの場所にでも連結されてもよいことが理解される。
【００２５】
例示的な実施形態において、圧縮性部材５５は、図１に示されるように、第２の作動装置を備えることができる。第２の作動装置５５は、第１の作動装置２０の構成要素及び構成に類似して、１組の電極７０の間に位置する、予ひずみを受けたポリマー６５を備えることができる。１組の電極７０もまた、電源（図示せず）と連通することができる。
【００２６】
１組の電極３０に対して電圧が印加されると、第１の作動装置２０は、図１Ａ及び１Ｂに示されるように、長さＬ０からＬ１に伸長する。ポリマー２５の変形により、被作動部材３５を移動させる。例えば、第１の作動装置２０の伸長により、印加された電圧に応答して、被作動部材３５は、縦軸５０を中心として部分的に回転することになってもよい（例えば、反時計回りに回転する）。１組の電極３０から電圧の印加がなくなる又は除去されると、ポリマーは、正常状態、つまり、非変形状態（予ひずみを受けた状態を含む場合も含まない場合もある）に戻ることができる。このように、ポリマー２５がその正常状態に戻ると、被作動部材３５を軸５０を中心として反対方向に回転して（例えば、時計回り）戻すことができる。
【００２７】
換言すれば、１組の電極３０に対して電圧を印加することと印加がなくなることにより、被作動部材３５を縦軸５０を中心として振動させることができる。振動することにより、被作動部材３５が、１つ以上のポリマー（例えば、ポリマー２５）の変形に応答して、縦軸５０を中心として後方（例えば、反時計回り）及び前方（例えば、時計回り）に部分的に回転することになる。ポリマーは、電極（例えば、１組の電極３０）の間に静電場を印加することにより、変形するように電気的に活性されてもよい。ポリマー２５は、電圧に応答して、弾性的に変形することができる。加えて、電極（例えば、１組の電極３０）はまた、電圧に応答して、１つ以上のポリマー（例えば、ポリマー２５）に沿って弾性的に変形することもできる。
【００２８】
電源もまた、振動パルスを使用して、第１の作動装置２０と第２の作動装置５５との間で交互に出力することができ、被作動部材３５が、縦軸５０を中心として回転及び／又は振動することになる。図４Ａは、作動装置に提供されてもよい、振動パルス電圧をステップ関数で示す。具体的には、電源は、１組の電極７０に対してゼロ電圧を印加する一方で１組の電極３０に対して電圧を印加してから、１組の電極７０に対して電圧を印加する一方で１組の電極３０にゼロ電圧を印加することができる。この交互出力は、タスクを実行するために必要な任意の時間繰り返されてもよい。あるいは、図４Ｂは、正弦関数で振動パルス電圧を示す。振動パルスは、１つの例示的な実施形態では、第１の作動装置２０に正の電圧（ｘ軸より上のパルス波）を適用することができるが、一方で、負の電圧（ｘ軸より下のパルス波）は、反転され、第２の作動装置５５に印加されてもよい。
【００２９】
一実施形態において、被作動部材３５は、軸５０を中心として約１０〜約８０度の振動角度（α）を有することができる。別の実施形態において、被作動部材３５は、軸５０を中心として約４〜約６０度の振動角度（α）を有することができる。別の実施形態において、被作動部材３５は、軸５０を中心として約２〜約４０度の振動角度（α）を有することができる。
【００３０】
あるいは、電源は、脈動パルスを使用して、第１及び第２の作動装置２０、５５に実質的に同時に出力を供給することができ、この結果、被作動部材が軸５０に対して半径方向に移動することになる。ここでも、脈動パルスは正弦波であってもよい。更にまた、電源は、軸５０を中心として被作動部材３５の振動及びパルス運動を実質的に同時に生成するように、交互振動パルスの間に脈動パルスを実質的に同時に供給することができる。制御装置（図示せず）は、電源が１組の電極３０、７０に印加する電圧量を制御することができる。加えて、制御装置は、パルスパターンの周波数を制御することができる。制御装置は、周波数が、約０．１Ｈｚ〜約１５０ｋＨｚの間、又はより具体的には０．５Ｈｚ〜約１００ｋＨｚの間、更により具体的には１Ｈｚ〜約５０ｋＨｚの間であるように制御することができる。制御装置はまた、図５Ａ及びＢに示されるように、被作動部材３５の振動及び脈動運動を実質的に同時に生成するように、振動及び脈動パルス周波数をオーバーレイすることもできる。
【００３１】
別の例示的な実施形態において、圧縮性部材５５は、図６Ａ及び６Ｂに示されるように、予ひずみを受けたバネ５８であってもよい。第１の作動装置２０が伸長すると、図６Ｂに示されるように、バネ５８は圧縮されて、その結果、被作動部材３５が縦軸５０を中心として時計回りに回転することができる。ここでも、前述したように、１組の電極３０に対して電圧が印加されなくなると、第１の作動装置２０は、その本来の予ひずみを受けた状態に戻ることができる。第１の作動装置２０がその本来の予ひずみを受けた状態に戻ると、バネ５８は、被作動部材３５を縦軸５０を中心として回転させて（例えば、反時計回り）、図６Ａに示されるようなその本来の位置に戻すことができる。このように、被作動部材３５は、縦軸５０を中心として振動することができる。
【００３２】
また別の実施形態において、第３及び第４の作動装置（図示せず）は、固定部材１５と被作動部材３５との間に連結されてもよい。これらの作動装置は、第１の作動装置２０及び圧縮性部材５５と実質的に平行で近接してもよい。更にまた、第５及び第６の作動装置（図示せず）は、固定部材１５と被作動部材３５との間に連結されてもよい。これらの作動装置もまた、第１及び第３の作動装置２０並びに第４の作動装置並びに圧縮性部材５５に実質的に平行で近接してもよい。全ての作動装置及び圧縮性部材５５は、電源からそれぞれの電極に対して電圧が個別に又は実質的に同時に供給されてもよい。
【００３３】
更に別の実施形態では、第１の作動装置２０は、縦方向に並んで位置する、２つの個別の作動装置を備えることができる。同様に、圧縮性部材５５もまた、縦方向に並んで位置する、２つ以上の個別の作動装置を備えることができる。作動装置全ては、電源からそれぞれの電極に対して電圧が個別に又は実質的に同時に供給されてもよい。電源は、回転、振動、脈動及び／又は転動を生成するように、振動パルス又は脈動パルスを供給することができる。
【００３４】
図７〜１０を参照すると、例えば、電動歯ブラシ２００等の小型装具で使用される（本明細書の図に示され、説明されるような）電子ポリマーモーター１０の例示的な実施形態が示される。電動歯ブラシ２００は、洗浄要素１９５を有するヘッド１９０と、ヘッド１９０に連結されるハンドル１８０と、密閉部１７２と、モーター１０と、モーター１０をヘッド１９５及び／又は洗浄要素１９５のいずれかに連結する駆動軸１７０と、モーター１０と連通する電源１８５と、モーター１０及び／又は電源１８５と連通する回路基板１８２と、充電コイル１８７と、を備えることができる。密閉部１７２、モーター１０、駆動軸１７０、回路基板１８２、電源１８５、及び充電コイル１８７は全て、ハンドル１８０内に配置されてもよい。
【００３５】
歯ブラシ２００は、任意の電動歯ブラシ、電気機械式歯ブラシ、手動の歯ブラシ、口腔表面ブラシ、これらの組み合わせ、又は当業者に周知の任意の歯ブラシを含むことができる。洗浄要素１９５は、剛毛、面、エラストマー、エラストマー面、泡、これらの組み合わせ等を備えることができる。好適な洗浄要素の一部の実施例は、米国特許出願公開第２００２／００５９６８５号、同第２００５／０００００４３号、同第２００４／０１７７４６２号、同第２００５／００６０８２２号、同第２００４／０１５４１１２号、米国特許第６，１５１，７４５号、同第６，０５８，５４１号、同第６，０４１，４６７号、同第６，５５３，６０４号、同第６，５６４，４１６号、同第６，８２６，７９７号、同第６，９９３，８０４号、同第６，４５３，４９７号、同第６，９９３，８０４号、同第６，０４１，４６７号、並びに、２００８年１月８日付提出の米国特許出願第１２／００８，０７３号、表題「ＴＯＯＴＨＢＲＵＳＨＥＳ」及び２００７年５月７日付提出の同第６０／９２８，０１２号、表題「ＯＲＡＬ  ＨＹＧＩＥＮＥ  ＩＭＰＬＥＭＥＮＴＳ」に開示され、それらの全てはその全体を参考として引用し、本明細書に組み込まれる。
【００３６】
ヘッド１９０及びハンドル１８０は、任意の数の周知及び未知の形状、サイズ、構成、及び材料を含むことができる。ヘッド１９０及びハンドル１８０の例示的な材料は、ポリマー、プラスチック、エラストマー、金属、合成物、又はこれらの組み合わせ（例えば、ポリプロピレン、ＰＯＭ、ＡＳＡ、ＡＢＳ、ＰＣ、ＳＡＮ、又は任意の他の好適な材料）が挙げられる場合があるが、これらに限定されない。密閉部１７２は、シャフト１７０とハンドル１８０との間に防水壁を提供することができる。密閉部１７２は、ハンドル１８０内のモーター１０、回路基板１８２、及び電源１８５をハンドル１８０外部の状態から保護することができる。密閉部１７２は、ポリマー、ゴム、又は当該技術分野において既知の任意の材料を含むことができる。
【００３７】
モーター１０は、電源１８５により駆動されてもよく、ヘッド１９０及び／又は洗浄要素１９５に、振動、脈動、及び／又は直線運動が挙げられるがこれらに限定されない、運動を提供するように操作可能であってもよい。図１０に示される、この例示的な実施形態において、第１の作動装置１１０及び第２の作動装置１１２は、各々、本明細書の図に示され及び上記の説明のように、１組の電極の間に位置する、予ひずみを受けたポリマーを備えることができる。作動装置各々の１組の電極は、電源１８５と連通することができる。このように、作動装置１１０、１１２は、電源１８５から個別又は同時に電圧を受容するように操作可能である。加えて、モーター１０の第１の作動装置１１０及び第２の作動装置１１２は、作動装置１１０、１１２の一方の末端部でハンドル１８０に固定連結されてもよい。更に、モーター１０の第１の作動装置１１０及び第２の作動装置１１２は、作動装置１１０、１１２の他方の末端部で被作動部材１２０に固定連結されてもよい。
【００３８】
歯ブラシ２００は、図８に示されるように、被作動部材１２０と連通する駆動軸１７０を備えることができる。図１０に示される、１つの例示的な実施形態において、駆動軸１７０は、本明細書に説明されるように、駆動軸１７０上に、モーター１０の円筒形状開口６０をスライドして付着することにより、モーター１０の中心本体４２と一体化することができる。
【００３９】
洗浄取付具１９０は、図８に示されるように、駆動軸１７０と連通することができる。１つの例示的な実施形態において、洗浄取付具１９０は、図９に示されるように、ヘッド１９５と、ネック１９７と、を備えることができ、交換可能であってもよい。別の例示的な実施形態では、洗浄取付具１９０のヘッド１９５だけが交換可能であってもよい。１つの例示的な実施形態において、ヘッド１９５は、図８に示されるように歯ブラシ２００の洗浄要素を備えることができる。
【００４０】
図８をもう一度参照すると、例示的な歯ブラシ２００は、ハンドル１８０及び被作動部材１２０に連結されてもよく、かつ駆動軸１７０を含むことができる、前側ベアリング１５０を更に備えることができる。前側ベアリング１５０は、脈動運動の間、駆動軸１７０に対して、旋回点として機能することができる。加えて、歯ブラシ２００はまた、駆動軸１７０を中心として柔軟であってもよい、後側ベアリング１６０も備えることができる。後側ベアリング１６０は、振動運動の間、前側ベアリング１５０を中心として駆動軸１７０による交互又はスーパーインポーズの旋回運動を許可するように、ハンドル１８０に柔軟に取り付けられてもよい。
【００４１】
歯ブラシ２００内の第１及び第２の作動装置１１０、１１２は、被作動部材１２０及び駆動軸１７０を振動、脈動、及び／又は直線移動させるように、回路基板１８２から印加される電圧に応答して伸長することができる。回路基板１８２が、第１及び第２の作動装置１１０、１１２に交互出力を供給する（つまり、振動パルスを送信する）場合、駆動軸１７０は振動することができる。あるいは、回路基板１８２が、第１及び第２の作動装置１１０、１１２に実質的に同時に出力を供給する（つまり、脈動パルスを送信する）場合、駆動軸１７０は脈動することができる。更に、振動パルスが脈動パルスでオーバーレイされる場合、駆動軸１７０は、振動及び脈動の両方ができる。
【００４２】
一実施形態において、電源１８５は、充電池であってもよい。別の実施形態において、電源１８５は、Ａ／Ｃアダプタの形式であってもよい。しかしながら、当該技術分野において既知の任意の好適な電源が使用されてもよい。
【００４３】
回路基板１８２は、当技術分野において周知である、制御装置と、電圧変換器と、を備える電子的構成要素を含むことができる。本明細書に説明される制御装置は、電圧変換器、並びに電源１８５がモーター１０の電極に印加する電圧量、並びにパルスパターンの周波数及びパルスパターンの形状を制御することができる。
【００４４】
１つの例示的な実施形態において、歯ブラシ２００は、操作者が、駆動軸１７０の振動と、駆動軸１７０の脈動と、又は駆動軸１７０の同時の振動及び脈動との間を切り替えることを可能にするように、スイッチ（図示せず）を有することができる。スイッチは、押しボタン、切替ボタン、又は当該技術分野において既知の任意の他の好適なタイプのスイッチであってよい。あるいは、別の例示的な実施形態において、電源１８５は、既定の経過時間に通過される、駆動軸１７０の振動と、脈動と、又は振動及び脈動の両方との間で、作動装置１１０、１１２に供給される出力のタイプを切り替えることができる。例えば、操作者に、歯ブラシ２００は口の別の四分円に移動されるべきかどうかを示すように、又は、十分な歯磨き時間が経過したことを示すように、歯ブラシ２００は操作のモードを切り替えることができる。例えば、電動歯ブラシ等の小型装具における電子ポリマーモーターの使用は、本明細書の図に示され及び上記の説明のように、コスト効率を高め、軽量で、電力消費を抑制し、より小型化する可能性を有することができる。
【００４５】
図１１は、１つのポリマー作動装置２０と、圧縮性部材５５としてのバネと、を有する例示的な電子ポリマーモーター１０の別の略図である。この例示的な実施形態において、圧縮性部材５５は、被作動部材３５の縦軸５０の同じ側の第１の作動装置２０から隔てられ、実質的に平行であってもよい。第１の作動装置２０は、上記のように、被作動部材３５を移動するように、電源が第１の作動装置２０に電圧を印加後、伸長する。
【００４６】
図１２は、１つのポリマー作動装置２０と、圧縮性部材５５としての第２の作動装置と、を有する例示的な電子ポリマーモーターの別の略図である。この例示的な実施形態において、第２の作動装置５５は、被作動部材３５の反対側の第１の作動装置２０から隔てられ、実質的にその同一平面に沿って配列されてもよい。第１の作動装置２０と第２の作動装置５５の両方は、被作動部材３５の縦軸５０の同一側上に位置してもよい。第１の作動装置２０は、被作動部材３５及び第１の固定部材１５に連結されてもよい。第２の作動装置５５は、被作動部材３５及び第２の固定部材１２００に連結されてもよい。第１の作動装置２０は、上記のように、被作動部材３５を移動させるように、電源が第１の作動装置２０に電圧を印加後、伸長する。あるいは、電圧は、第１の作動装置２０に印加されてもよい電圧まで、実質的に同時に又は交互に、第２の作動装置５５にも印加されてもよい。
【００４７】
図１３は、１つのポリマー作動装置２０及び圧縮性部材５５としての第２の作動装置を有する例示的な電子ポリマーモーターのまた別の略図である。この例示的な実施形態において、被作動部材３５は、実質的に三角形状であってもよい。第１の作動装置２０は、上記のように、被作動部材３５を移動させるように、電源が第１の作動装置２０に電圧を印加後、伸長する。あるいは、電圧は、第１の作動装置２０に印加されてもよい電圧まで、実質的に同時に又は交互に、第２の作動装置５５にも印加されてもよい。
【００４８】
「好ましくは」、「一般的に」及び「典型的に」という用語は、本明細書において、請求される発明の範囲を制限するため、又は一定の特徴が請求される発明の構造又は機能にとって重大、不可欠、又は更に重要であることを暗示するために利用されるものではないことに注意されたい。むしろこれらの用語は、本発明の特定の実施形態の中で使用されてもよい又は使用されない代替的又は追加的特長を強調することを単に意図している。
【００４９】
本発明の説明及び定義の目的のために「、実質的に」という用語は、本明細書において、任意の定量的な比較、値、測定、又は他の表現に帰属される場合がある、不確定の固有度を表すために利用されることに注意されたい。「実質的に」という用語はまた、本明細書においては、定量的表現が、問題となる対象物の基本的機能に変化をもたらすことなく、記載の基準から変動する程度を表すためにも利用される。
【００５０】
「発明を実施するための形態」で引用したすべての文献は、関連部分において本明細書に参考として組み込まれるが、いずれの文献の引用も、それが本発明に関して先行技術であることを容認するものとして解釈されるべきではない。
【００５１】
本発明の詳細説明及びその特定の実施形態への参照により、添付の請求項に定義される本発明の範囲を逸脱することなく、修正及び変化が可能であることが明らかであろう。より具体的には、本発明の一部の態様は、本明細書において、好ましい又は特に有利であると特定されていても、本発明は、本発明のこれらの好ましい態様に必ずしも制限されないと考えられる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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