(57)【要約】  バルブが、柔軟な流動体ラインを密閉するように配置された柔軟で弾力性のあるバルブ部材を有する。リング状部材などの作動要素がバルブ部材を囲み、作用コイルがリン部部材に隣接して配置される。作動中に電気制御信号がコイルに掛けられると、磁界が発生する。この磁界は、バルブ部材を変形させるように作動要素を動かし、バルブを開く。電気信号を止めると、バルブ部材は普段の閉位置構成に戻る。バルブ用に設けられるフィードバック制御システムが、時間及び流動体搬送容量に予めセットされた制限を設ける。これら制限が満たされたか否かを連続的に判断し、これら制限の１つが満たされたら制御弁を閉じる。
2005513373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動体ラインと共に用いられるフローバルブ・システムであって、
流動体ラインを密閉するように配置された柔軟で弾力性のあるバルブ部材と、
作動要素と、
前記作動要素に作用する手段とを有し、
前記バルブ部材は、バルブが作動されないときに閉じられ、バルブが作動されたときに開く貫通開口を有し、
前記作動要素は、前記バルブが開いたときに流動体が該バルブを通って移動するように、該バルブを開けるべきときに前記バルブ部材を変形させるように移動するように配置され、
前記手段は、前記作動要素を前記バルブ部材を変形させるように動かす、ことを特徴とするフローバルブ・システム。
【請求項２】
請求項１記載のフローバルブ・システムであって、
前記バルブ部材の開口は、前記バルブ部材の一部を通って延びるスリットであり、
前記一部は、前記スリットが開くと流動体が前記バルブ部材を通って移動するように選ばれる、ことを特徴とするフローバルブ・システム。
【請求項３】
請求項２記載のフローバルブ・システムであって、
前記バルブ部材はカモノハシ・バルブである、ことを特徴とするフローバルブ・システム。
【請求項４】
請求項１記載のフローバルブ・システムであって、
前記作用手段は、前記作動要素に隣接して配置され、電気制御信号に応答して該作動要素を動かして前記バルブ部材を開けるように該作動要素に作用する磁界を生成するコイルである、ことを特徴とするフローバルブ・システム。
【請求項５】
請求項１記載のフローバルブ・システムであって、
前記作動要素は前記バルブを囲むリング状部材である、ことを特徴とするフローバルブ・システム。
【請求項６】
請求項１記載のフローバルブ・システムであって、
前記バルブ部材は前記流動体ライン内に配置される、ことを特徴とするフローバルブ・システム。
【請求項７】
請求項１記載のフローバルブ・システムであって、
前記バルブ部材は前記流動体ラインの２つの部分を結合する、ことを特徴とするフローバルブ・システム。
【請求項８】
請求項１記載のフローバルブ・システムであって、
前記作動要素は、前記バルブ部材を囲むリング部と該リング部から離れて延びるベース部とを有する成形金属部材であり、
前記作用手段は、前記ベース部に隣接して配置されるコイルである、ことを特徴とするフローバルブ・システム。
【請求項９】
請求項１記載のフローバルブ・システムであって、
前記バルブ部材から外側へ延びる突起を更に有し、
前記突起は、前記作動要素が前記突起に逆らって動かされたとき、前記バルブ部材が開くような位置に設けられる、ことを特徴とするフローバルブ・システム。
【請求項１０】
請求項１記載のフローバルブ・システムであって、
所定の基準に従って、予め選択された時間に前記バルブ部材を開閉する制御システムを更に有する、ことを特徴とするフローバルブ・システム。
【請求項１１】
請求項１記載のフローバルブ・システムであって、
前記バルブ部材は、前記バルブが作動されていないときに前記開口に接し、前記バルブが作動されているときに前記開口から離れる玉状要素を有する、ことを特徴とするフローバルブ・システム。
【請求項１２】
流動体フローライン中のフローバルブを制御するフィードバック・システムであって、
機器内の流動体レベルを判断する手段と、
前記バルブを通って運ばれる流動体について選択された基準をセットする手段と、
前記バルブを開いて流動体が該バルブを通って流れるようにする手段と、
本システムの作動中に、前記予めセットされた基準が満たされたか否かを判断し、該基準が満たされた場合に前記バルブを閉める手段と、を有することを特徴とするフィードバック・システム。
【請求項１３】
請求項１２記載のフィードバック・システムであって、
流動体搬送プロファイルをセットする手段と、
セットされたフロー・プロファイルに従って流動体の流速を調整する手段と、
所定の間隔で搬送された流動体を前記プロファイルと比較し、エラーが発見された場合に流量を補正する手段とを更に有し、
本システムのオペレーションは前記予めセットされた基準のうちの１つが満たされるまで継続する、ことを特徴とするフィードバック・システム。
【請求項１４】
請求項１２記載のフィードバック・システムであって、
前記予めセットされた条件は、時間に基づく搬送、容量に基づく搬送、及び、流動体リザーバ内の流動体全量の搬送、を含むことを特徴とするフィードバック・システム。
【請求項１５】
請求項１２記載のフィードバック・システムであって、
流動体搬送に容量制限がある場合に、搬送される特定の流動体容量をセットし、該流動体容量が妥当であるか否かを判断する手段を更に有する、ことを特徴とするフィードバック・システム。
【請求項１６】
請求項１３記載のフィードバック・システムであって、
搬送されている流動体が前記フロー・プロファイルと一致している場合、本システムは、前記予めセットされた基準のうちの１つが満たされるまで搬送される流動体の該基準に対するチェックを続け、
搬送されている流動体が前記フロー・プロファイルより多い又は少ない場合、本システムはそれに応じて前記搬送を調整する、ことを特徴とするフィードバック・システム。
【請求項１７】
流動体供給能力を備えた電動歯ブラシであって、
毛を備えたブラシヘッド、該ブラシヘッドを選択された方法で動かす駆動アッセンブリ、流動体用リザーバ、及び、該リザーバを前記ブラシヘッドに接続する流動体ライン、を有する電動歯ブラシと、
流動体ラインを密閉するように配置された柔軟で弾力性のあるバルブ部材と、
作動要素と、
前記作動要素に作用する手段とを有し、
前記バルブ部材は、バルブが作動されないときに閉じられ、バルブが作動されたときに開く貫通開口を有し、
前記作動要素は、前記バルブが開いたときに流動体が該バルブを通って移動するように、該バルブを開けるべきときに前記バルブ部材を変形させるように移動するように配置され、
前記手段は、前記作動要素を前記バルブ部材を変形させるように動かす、ことを特徴とする電動歯ブラシ。
【請求項１８】
請求項１７記載の電動歯ブラシであって、
前記バルブ部材の開口は、前記バルブ部材の一部を通って延びるスリットであり、
前記一部は、前記スリットが開くと流動体が前記バルブ部材を通って移動するように選ばれる、ことを特徴とする電動歯ブラシ。
【請求項１９】
請求項１６記載の電動歯ブラシであって、
前記作用手段は、前記作動要素に隣接して配置され、電気制御信号に応答して該作動要素を動かして前記バルブ部材を開けるように該作動要素に作用する磁界を生成するコイルである、ことを特徴とする電動歯ブラシ。
【請求項２０】
請求項１６記載の電動歯ブラシであって、
前記作動要素は前記バルブを囲むリング状部材である、ことを特徴とする電動歯ブラシ。
【請求項２１】
請求項１６記載の電動歯ブラシであって、
前記作動要素は、前記バルブ部材を囲むリング部と該リング部から離れて延びるベース部とを有する成形金属部材であり、
前記作用手段は、前記ベース部に隣接して配置されるコイルである、ことを特徴とする電動歯ブラシ。
【請求項２２】
請求項１６記載の電動歯ブラシであって、
前記バルブ部材から外側へ延びる突起を更に有し、
前記突起は、前記作動要素が前記突起に逆らって動かされたとき、前記バルブ部材が開くような位置に設けられる、ことを特徴とする電動歯ブラシ。
【請求項２３】
請求項１６記載の電動歯ブラシであって、
所定の基準に従って、予め選択された時間に前記バルブ部材を開閉する制御システムを更に有する、ことを特徴とする電動歯ブラシ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、概して、流動体供給歯ブラシ（ｆｌｕｉｄ−ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ  ｔｏｏｔｈｂｒｕｓｈ）などに用いられるフローバルブ（ｆｌｏｗ  ｖａｌｖｅ）に係り、特に、弁を通る流量を許容／遮断するために機械的圧力下で変形するフローバルブに関する。
【０００２】
フローライン（ｆｌｏｗ  ｌｉｎｅ）中で流量を精密且つ確実に制御することは、幅広い用途において重要である。用途によっては、要求された流量制御を実現するのに電気信号や特定のスイッチング装置の使用に対して制約がある。例えば、流動性歯磨剤を歯ブラシのリザーバからブラシヘッドへ移動させる流動体供給歯ブラシにおいては、フローライン中のある地点（典型的には、フローライン出口の近く）に制御弁が設けられる。この弁は、難しい環境において、すなわち口内で、確実且つ安全に作動しなければならない。安全性の問題とは、例えば汚れや細菌に関することである。このような用途では、流動体に触れるあらゆる部品が、使い捨て／交換式で、低コストであると有益的である。
【０００３】
流動体（ｆｌｕｉｄ）を供給する用途に対する更なる制約は、例えば、フローラインのサイズが比較的小さくことや、制御弁のコストを許容できるレベルに維持するために制御弁がシンプルであることが要求されること、などである。様々な用途向けの流動体制御の例として、例えば、カモノハシ（ｄｕｃｋｂｉｌｌ）構造を有するエラストマー変形逆止弁（英国特許出願第９０１２４２２．３号）、同じく変形可能なカモノハシ制御弁（英国特許第８２０３５７０号）、などが挙げられる。これらいずれの例においても、機械的な力により開弁される。他の関連特許文献又は特許公開文献として、国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９０／０１２４６や、米国特許第４，４９８，０９２号などが挙げられる。しかし、これらの制御装置はいずれも、複雑且つ高価である。
【０００４】
このように、シンプルで、作動中の信頼性が高く、それでいて、安価で、作動中の安全性も確保された流動体制御弁が望まれている。
【０００５】
本発明の第一の態様は、流動体ラインと共に用いられるフローバルブ・システムであって、流動体ラインを密閉するように配置された柔軟で弾力性のあるバルブ部材と、作動要素と、作動要素に作用する手段とを有し、バルブ部材は、バルブが作動されないときに閉じられ、バルブが作動されたときに開く貫通開口を有し、作動要素は、バルブが開いたときに流動体が該バルブを通って移動するように、バルブを開けるべきときにバルブ部材を変形させるように移動するように配置され、上記手段は、作動要素をバルブ部材を変形させるように動かす、フローバルブ・システムである。
【０００６】
本発明の第二の態様は、流動体フローライン中のフローバルブを制御するフィードバック・システムであって、機器内の流動体レベルを判断する手段と、バルブを通って運ばれる流動体について選択された基準をセットする手段と、バルブを開いて流動体がバルブを通って流れるようにする手段と、本システムの作動中に、予めセットされた基準が満たされたか否かを判断し、基準が満たされた場合にバルブを閉める手段と、を有することを特徴とするフィードバック・システムである。
【０００７】
図１Ａ及び１Ｂは、本発明に係るフローバルブとアクチュエータの組み合わせの一実施形態１０を示す。この組み合わせ１０は、中にフローバルブ１３が設けられた可撓性フローライン管１２を有する。現時点で好ましい実施形態は、図７Ａ〜７Ｃに関連して後述する。図１Ａ及び１Ｂの実施形態において、管１２はシリコンであるが、圧力下で変形し得る柔軟な管であれば任意のものでよい。本実施形態並びに図３及び８の実施形態に係る管１２は、変形可能でなければならない。図７及び９の実施形態については、管は変形する必要はないが、バルブの変形を妨げてはならない。図１Ａ及び１Ｂにおいて、フローバルブ１３は、管１２の内部と一体化されてもよく、或いは、流動体種類配置（ｆｌｕｉｄ−ｔｙｐｅ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）として管１２の内表面に取り付けられてもよい。
【０００８】
図１Ａ及び１Ｂにおいて、フローバルブ１３は、カモノハシ・タイプのバルブである。但し、明らかなように、角張った形などの他のバルブ構造も用いることができる。フローバルブ１３自体は、柔軟な材料から作られなければならない。また、フローバルブ１３自体は、一方向の流動体圧により閉じた状態に維持されると共に、圧力が掛けられると図２Ｂに破線で示すような外形に変形して開くことができる、という構造でなければならない。
【０００９】
図１において、カモノハシ・フローバルブ１３は、図１Ａに示すように、フロー管１２内の流動体流れの方向に逆らって延在するように、フロー管１２内に配設される。フローバルブの長手方向部分に掛かるライン内の流動体圧は、一般的に、図２Ａに示すようにフローバルブを閉じた位置に維持する傾向にある。カモノハシ・フローバルブ１３は、お互いに向けて湾曲し、バルブの自由端１８において互いに結合する２つの部分１４及び１６を有する。カモノハシ・バルブは、２つの部分１４及び１６が出会うところであるチェックバルブを貫通する開口を提供するスリット２０（図１Ｂ）を有する。このスリットは、図１Ａでは図中のバルブの向きが原因で見えない。
【００１０】
普段の力が掛かっていないフローバルブの位置において、スリット２０は閉じており、流動体がスリット２０を貫いて（リザーバから）一方向（図１Ａの矢印方向）に移動することを防ぐ。これにより、リザーバは、アクチュエータを用いてバルブを開かなくても、フローバルブを貫く再充填ポートからリザーバ内へ流動体が流れるようにすることによって、再充填される。しかし、スリット開口２０の平面と略一致する平面においてフローバルブ１３に対して圧力が掛けられると、図２Ｂに示すように、フローバルブは変形し、スリット２０を開き、流動体がスリット２０を通れるようにする。スリット２０は、適切な平面においてフローラインに対して圧力が掛けられている限り、開いたまま維持される。スリットは、圧力が解放されると、閉じた状態に戻る。
【００１１】
また、図１Ａ及び１Ｂは、フローバルブ１３を開閉するアクチュエータ構造２２の一実施形態を示す。アクチュエータ２２は、金属製のリング又はワッシャのような要素２４を有する。図示した実施形態において、リング要素２４の内径は約０．５インチであり、フローライン１２の外径は約０．３インチであり、約０．２インチのクリアランスが残されている。アクチュエータを作動させたときにバルブ本体が変形するように、バルブ本体とアクチュエータの間には十分なクリアランスが必要である。リング要素２４の厚さは約０．１インチである。これらの寸法は、実施形態に応じて変えることができる。
【００１２】
制御システムからの電気制御信号に応答するアクチュエータ・コイル２６がリング要素２４に隣接して配設される。作動中、コイル２６を通る電気信号が印加されると、コイル２６が磁界を生成し、金属製リング要素２４を物理的にコイル２６に向けて引き寄せる。これにより、管１２の表面部分２８へのリング要素２４の圧力を生じさせ、管構造の該部分が内側へ変形し、引いてはフローバルブ１３も同じく内側へ変形する。コイル２６は、管及びバルブの変形がフローバルブ内のスリット２０の平面と一致した平面で生じするように構成される。これにより、フローバルブ１３が開き、リザーバからの流動体がフローバルブ１３を通って流れるようになる。
【００１３】
所望量の流動体がバルブを通過したとき、コイルへの電気制御信号を終了させ、リング要素２４が管から離れ、フローバルブ１３のスリット２０が閉じた状態に戻り、バルブを通る更なる流動体の伝達が妨げられるように、リング要素２４を解放する。図示した実施形態において、アクチュエータ２２は、バルブ及びフローラインによって支持される。バルブは、支持構造３０によって支持される。よって、アクチュエータが磁力によってコイルに向かって移動するとき、バルブはアクチュエータと一緒に移動せずに適正に変形する。フローバルブ及びアクチュエータの別の実施形態を図３Ａ及び３Ｂに示す。本実施形態において、フローライン及びフローバルブは図１Ａ及び１Ｂと同じである。但し、アクチュエータ３０は、フローバルブを備えた管１３がその中を通って延びる開口３４を含む成形金属構成である。成形金属要素３０は、長さ約０．５インチ、幅０．５インチ、厚さ０．１インチの延長されたベース部分３６を有する。アクチュエータ・コイル３８は、成形金属要素の下面４０に隣接して配設される。本実施形態の作動は、コイル３８を通る電気制御信号により成形金属要素３０がコイルに向かって移動し、管及びその中のフローバルブに圧力を掛け、図２Ｂに示すようにフローバルブが変形し、フローバルブのスリットが開き、その中を流動体が流れるようになる、という点で図１Ａ及び１Ｂのものと似ている。成形金属アクチュエータ３０は、図１の実施形態に関連して既に説明したように、フローバルブを支持構造４２によって支持したまま、自由に移動できる。
【００１４】
図７Ａ、７Ｂ、及び７Ｃは、本発明に掛かるフローバルブ及びアクチュエータの組み合わせ１１０の好ましい実施形態をフローライン管１１２と共に示す。フローライン管部分は、フローバルブ１１３の各端に取り付けられる。図７Ａ、７Ｂ、及び７Ｃにおいて、フローバルブ１１３は、カモノハシ・タイプのバルブである。他のバルブ構造も用いることができる。フローバルブ１１３は、図１Ａ及び１Ｂのフローバルブ１３と類似している。したがって、フローバルブ１１３は、柔軟な材料から作られ、図２Ｂに示すように外形を変形させるバルブに掛けられた圧力に応じて開くことができるような構造でなければならない。これは、上述のように、リング・アクチュエータ１１５とアクチュエータ・コイル１１７によって実現される。カモノハシ・フローバルブ１１３は、図７Ａに示すように、リザーバからの流動体流れの方向に逆らって延びるように、配設される。フローバルブの長手方向部分を押すラインの流動体からの圧力は、一般的に、図２Ａに示すように、フローバルブを閉じた位置で維持する傾向にある。反対方向にリザーバ内へと進む流動体からの圧力は、バルブを開き、流動体が通過できるようにする。
【００１５】
カモノハシ・フローバルブは、お互いに向けて湾曲し、バルブの自由端１１８において互いに結合する２つの部分１１４及び１１６を有する。２つの部分１１４及び１１６が出会うところであるチェックバルブを貫く開口を提供するスリット１２０を有する。普段の力が掛かっていないフローバルブの位置において、スリット１２０は閉じており、流動体がリザーバ外に移動することを防ぐ。しかし、スリット開口１２０の平面と略一致する平面においてフローバルブ外側本体に対して圧力が掛けられると、図２Ｂに示すように、フローバルブは変形し、スリット１２０を開き、流動体がカモノハシを通れるようにする。スリット１２０は、バルブ本体に対してバルブを変形させる圧力が掛けられている限り、開いたまま維持される。スリット１２０は、圧力が解放されると、閉じた状態に戻る。
【００１６】
図８Ａ、８Ｂ、及び８Ｃは、図示したような構造のバルブ１５２と、アクチュエータ１５４と、アクチュエータ・コイル１５６とを備えたより大きいサイズのフローライン管１５０の使用を可能にする代替構成である。これは、図７Ａ〜７Ｃの好ましい実施形態と同様に作動する。
【００１７】
図４は、図７及び８の実施形態を用いるのに最も適したフローバルブの変形例を示す。図４は、フローバルブ４８と共に、リング・アクチュエータ５０も示す。この構成において、フローバルブ４８の外表面５２は、外表面５２から外側へわずかに延びる突起又はバンプ５４を有する。突起５４は、通常、フローバルブの一部として成形されるが、他の手段によってフローバルブに固定されてもよい。通常、突起５４はフローバルブと同じ柔軟な材料が作られるが、必須ではない。突起５４は、関連するアクチュエータ・リング５０がコイルに引き寄せられたときに、突起に掛かる力がフローバルブの特定の部分に集中し、これによってバルブが正確に開くように、配置される。このように、この突起のおかげで、アクチュエータの動きによって生じた力がスリットを開くのに最良の部分に掛けられる。
【００１８】
上述のように、本システムのアクチュエータ部分は、様々な構成を採り得る。重要な特徴は、アクチュエータ十分に動いて、流動体バルブ（通常は、開くスリットを有する）が開くほど十分に流動体管及びその中のフローバルブを変形させることである。アクチュエータは、リングである必要はない。アクチュエータは、バルブ本体を押すレバー又はプランジャでもよい。図示した構成は、コイルに掛けられている電流に応じてアクチュエータを動かす能力と電磁結合を用いてハンドル内のコイルにアクチュエータを移動させる能力とにより、おそらく電動歯ブラシの用途にとって最良である。アクチュエータ・リング及びコイルの代わりに、ソレノイド及びプランジャを用いることができる。ソレノイドに電圧を加えると、プランジャがバルブ本体内に移動する。磁界は、アクチュエータを動かす可能性の１つの過ぎない。他の可能性として、カム付きモータ、空気圧、流体圧などが挙げられる。
【００１９】
フローバルブ用のカモノハシ構造でない代替構造を図９Ａ、９Ｂ、及び９Ｃに示す。バルブ・アッセンブリは、バルブ・ハウジング２０５と、玉２１０とから成る。バルブ・ハウジング２０５は、変形可能な柔軟な材料から作られる。玉２１０は、ネジ面を有する。リザーバ側の流動体からの圧力は、玉２１０をバルブ・ハウジング２０５の傾斜部２１５に対して押し、シールを生じさせ、流動体が開口２４０を通って流れるのを妨げる。図９Ａ及び９Ｂは、閉じているところのバルブを示す。ここで、玉２１０は傾斜部２１５の中心に位置する。傾斜部２１５の近くにおいてバルブ・ハウジング２０５の外側の任意の半径方向位置に圧力を掛けることによって、図９Ｃに示すように、バルブ・ハウジングが楕円形に歪む。この歪みによって、玉２１０は開口２４０を完全にシーリングすることを妨げられ、流動体がバルブを通って流れるようになる。バルブ本体に対する圧力は、カモノハシ・バルブ構造の場合と同じように掛けることができる。アクチュエータ２２５は、コイル２３０からの磁力によって、バルブ・ハウジング２０５内へ引っ張られる。バルブ・ハウジング２０５は、アクチュエータ２２５と支持構造２３５との間で圧迫され、図９Ｃに示すような楕円形に歪む。
【００２０】
流動体は、常に、リザーバ内へ反対方向に自由に流れることができる。なぜなら、流動体からの圧力が玉２１０動かし、傾斜部２１５から離すからである。図９に示す構造が持つカモノハシ構造を上回る主たる利点は、バルブ・ハウジング２０５の外側に掛かる圧力の場所及び方向がより厳密でないという点である。
【００２１】
図９に示すバルブの変形例を図１０Ａ及び１０Ｂに示す。この構造において、玉２６０は、磁性材料から成る。リザーバ側の流動体からの圧力は、玉２６０をバルブ・ハウジング２５５の傾斜部２６５に対して押し、シールを生じさせ、流動体が開口２９０を通って流れるのを妨げる。図１０Ａは、閉じているところのバルブを示す。ここで、玉２６０は傾斜部２６５の中心に位置する。コイル２３０からの磁力は、玉２６０を引っ張り、穴２９０の中心及び傾斜部２６５から離す。これにより、玉が穴２４０をシーリングすることが妨げられ、流動体がバルブを通って流れるようになる。
【００２２】
図５は、本発明を電動歯ブラシに適用した場合を示す。電動歯ブラシのブラシヘッド・アッセンブリ部分を６０で示す。ブラシヘッド６０は、図示した実施形態において駆動アーム６２で動く歯ブラシのドライバ部分を含むブラシヘッド６０以外の残りのハンドル部分（図示せず）から取り外すことができる。ブラシヘッド・アッセンブリ６０は、駆動シャフト６２にマウントされたベース部材６５上に毛群６４を有する。流動体用リザーバ６６は、ブラシヘッド・アッセンブリ内に含まれる。流動体をリザーバ６６からフローシステムを通って毛ベース部材６５へ押す又は移動させる手段の一例として、バネ６８及びプランジャ６９が図示されている。
【００２３】
リザーバ６６から流動体ライン７０から延びている。図示した実施形態において、流動体ライン７０は、柔軟なプラスティック材料から成り、その直径は約０．３インチである。流動体ライン７０は、再充填金具アッセンブリ７２を通って進み、そこから毛ベース部材６５へ向けて上方へ延びる。本発明に係る流動体フローバルブ・アッセンブリを７４で示す。アクチュエータ・コイル８０に隣接する流動体バルブ・アッセンブリのアクチュエータ・リング部分７２は、フローラインの上記部分を囲む。コイルは、通常、電動歯ブラシのハンドル部分に配置される。
【００２４】
作動中、リザーバ・スプリング６８は、プランジャ６９をずらし、流動体をリザーバ６６からフローライン７０内へ移動させる。流動体のバルブに対する圧力により、バルブは閉じた状態に維持される。ある時点において、アクチュエータ・コイル８０に電圧が掛けられると、アクチュエータ・リング・アッセンブリ７２を引き寄せ、フローライン中のフローバルブを開き、流動体がフローバルブ及びフローラインを通って移動できるようになる。十分な流動体がベース部材６５を通って撒かれると、コイルへの信号が止められ、フローバルブが再び閉じられる。
【００２５】
図１１は、図５に示した流動体供給システムの概略断面図を追加的ディテールと共に示す。着脱可能／交換可能な流動体運搬部分は３０５で示され、常備される制御部分は３１０で示される。カモノハシ・フローバルブは３１５で示され、アクチュエータは３２０で示され、コイルは３２５で示される。流動体用リザーバは３３０で示される。リザーバ流動体は、バネ３４０によって作動するプランジャ３３５によって加圧される。この流動体への圧力により、カモノハシ・バルブ３１５は閉じた位置に維持される。力をバネ３４０から制御部３１０に配置されたセンサ３５０へ伝えるスペーサ３４５が、バネ３４０のプランジャ３３３５とは反対側の端にある。スペーサ３４５により、部分３０５及び３１０が分離されたとき、バネ３４０は拘束された状態に維持される。コントローラ３４５は、センサ３５０からの情報を読み、バネ３４０からの力をその圧縮長引いてはプランジャ３３５の位置に関連付けることに基づいて、リザーバ３３０内にある流動体量を判断する。コントローラ３５５は、アクチュエータ３２０を動かし、フローバルブ３１５を開く信号をコイル３２５へ送る。これにより、流動体は、流動体ライン３６０、３６１、及び３６２を通って移動し、流動体放出点３６５において本システムから出る。
【００２６】
再充填ポート３７０及び充填弁３７５を通る流動体でリザーバを満たすことができる。流動体は、流動体ライン３６１に入り、圧力がカモノハシ・フローバルブ３１５を開く。流動体は、流動体ライン３６０を通り、リザーバ３３０内へ流れ、プランジャ３３５を動かし、バネ３４０を縮める。充填弁３７５は、カモノハシ構造であり、充填サイクル中の流動体から圧力がこの弁を閉め、流動体が再充填ポートから漏れるのを防ぐ。
【００２７】
フィードバック制御システムを用いて、図５及び１１に図示したシステムのフローバルブを作動させることができる。簡単に言うと、キーとなる要素は、外部信号により開閉可能な流量制御弁と、リザーバ内の流動体容量を判断するセンサと、このセンサからの情報を読んで制御弁を開閉させる信号を送るコントローラとである。最もシンプルな形において、コントローラは、バルブを開き、センサがリザーバが空であることを示すとき又はリザーバ容量に特定の変化が生じたときにバルブを閉じる。コントローラに対するタイミング回路が追加されると、リアルタイムでのモニタリングが可能となり、流動体の流速が制御できる。リザーバ・センサを規則的な時間間隔でチェックすることによって、コントローラは流動体が供給されている速度を計算することができる。流速を制御するために、流量制御弁は常開に維持されず、短い期間パルス状に開かれる。パルス期間長を変えることによって、必要に応じて流速を上げたり下げたりできる。この制御システムは図６に関連して後に詳述する。
【００２８】
ここでは本発明を電動歯ブラシを例に挙げて説明したが、他の装置、特に歯ブラシのように流動体を使う他の装置も本発明に係るバルブ・アッセンブリを有益的に利用することができることは明らかである。このような考え得る使用法の例として、例えば、接着剤などの他の流動体の供給が考えられる。
【００２９】
流動体は、様々な方法でリザーバから供給することができる（図５及び１１参照）。第一の例は、リザーバ内の容量にかかわらず、リザーバの中身を空にすることである。バルブを開く外部コマンドが与えられる。リザーバ・センサは、いつリザーバが空になったときを判断し、バルブを閉じる。第二の例は、所定量の流動体を供給することである。バルブを開く外部コマンドが与えられる。リザーバ・センサは、開始時の流動体レベルをチェックし、その後、リザーバ内の流動体容量の変化量を監視する。センサは、リザーバ流動体レベルが適正に変化したときに、フローバルブを閉じる。
【００３０】
第三の例は、一定の流速でリザーバを空にすることである。バルブを開く外部コマンドが与えられる。リザーバ・センサは開始時の及び規則的な時間間隔での流動体レベルをチェックする。制御システムは、この情報を用いて、流速を測定し、適切な速度を実現するのに必要なあらゆる補正を行う。制御弁は、常開に維持されず、短い期間パルス状に開かれる。パルス期間長を変えることによって、必要に応じて流速を上げたり下げたりできる。リザーバ・センサは、リザーバが空になったと判断したとき、バルブを閉じる。
【００３１】
第四の例は、所定時間掛けてリザーバを空にすることである。バルブを開く外部コマンドが与えられる。リザーバ・センサが開始時の流動体レベルをチェックし、制御システムが流動体を供給するのに必要な流速判断する。リザーバ・センサは規則的な時間間隔でチェックされ、この情報は流速を測定し、適切な速度を実現するために必要なあらゆる補正を行うのに用いられる。制御弁は、常開に維持されず、短い期間パルス状に開かれる。パルス期間長を変えることによって、必要に応じて流速を上げたり下げたりできる。リザーバ・センサは、リザーバが空になったと判断したとき、バルブを閉じる。
【００３２】
第五の例は、所定時間掛けて所定量の流動体を供給することである。バルブを開く外部コマンドが与えられる。コントローラは、必要な流速を判断する。リザーバ・センサが開始時の及び規則的な時間間隔での流動体レベルをチェックする。制御システムは、この情報を用いて、流速を測定し、適切な速度を実現するために必要なあらゆる補正を行う。制御弁は、常開に維持されず、短い期間パルス状に開かれる。パルス期間長を変えることによって、必要に応じて流速を上げたり下げたりできる。リザーバ流動体レベルが適正に変化したとき、センサはバルブを閉じる。
【００３３】
第六の例は、サイクル全体に亘って様々な流速で流動体を供給することである。これは第三の例に似ているが、但し流速はサイクル全体を通じて同じである必要はない。この場合、流速プロファイル（一度の流速又はリザーバ容量レベル）がコントローラに提供される。バルブを開く外部コマンドが与えられる。リザーバ・センサは、開始時の及び規則的な時間間隔での流動体レベルをチェックする。制御システムは、この情報を用いて、流速を測定し、適切な速度を実現するために必要なあらゆる補正を行う。制御弁は、常開に維持されず、短い期間パルス状に開かれる。パルス期間長を変えることによって、必要に応じて流速を上げたり下げたりできる。リザーバ・センサは、リザーバが空になったと判断したとき、及び／又は、リザーバ流動体レベルが所定量変化したとき、バルブを閉じる。
【００３４】
図６は、上記の考え得る流動体供給オプションを考慮した、上記流動体バルブ・アッセンブリを作動させるフィードバック制御を示す。図６において、フィードバック制御シーケンスの第一の工程は、ブロック８６に示すように、現在の流動体レベルを取得することである。これは、リザーバ内に存在する流動体レベルを指す。次いで、ブロック８８において、バルブを通る（通って供給される）流動体流れに時間制限があるか否かが判断される。流動体流れに時間制限がある場合、ブロック９０において時間長がセットされる。時間長がセットされると、ブロック９１において、フロー・プロファイルが選択・ロード（フロー・プロファイルが使われるべき場合には）され、タイマがスタートし、フローバルブが開かれる。
【００３５】
流動体流れに時間制限がない場合、ブロック９２に示すように、流動体制限、すなわち容量性源があるか否かが判断される。流動体の容量が（所定量に）制限される場合、ブロック９４において流動体レベルがセットされ、次いで、ブロック９６において、流動体レベルが妥当であるか否かが判断される。流動体レベルが妥当である場合、ルーチンはブロック９１の機能へ進む。流動体レベルが妥当でないと判断された場合、プログラムがブロック９４へ戻り、新しい流動体レベルがセットされる。ブロック９２において流動体レベルが制限されない場合、最大流動体レベル及び最大時間長がセットされ、プログラムはブロック９１へ進む。
【００３６】
上述のように、フローバルブのオペレーションはブロック９１から始まる。フローバルブが開いたとき、ブロック１０２に示すように、ループ・プログラム下で、連続的な時間間隔で、セットされた制限時間が経過した否かが判断される。経過した場合、流動体レベルが止められ、インジケータ・ブロック１０４において、制限時間が経過したことを示す適切なインディケーションがユーザに提供される。その後、プログラムは終了し、バルブは閉じられる。
【００３７】
制限時間が経過していない場合、ブロック１０５において流動体レベルが取得され、そしてブロック１０６において、セットされた流動体制限容量を越えたか否かが判断される。越えていた場合、流動体レベルが止められ、ブロック１０４において、流動体が伝達されたことを示すインディケーションが提供される。プログラムは終了し、バルブは閉じられる。流動体制限を越えていない場合、ブロック１０８において、流動体リザーバが空であるか否かを判断する。空の場合、流動体バルブが閉じられ、オペレーション終了のインディケーションが提供される。流動体リザーバが空でない場合、ブロック１１０において、必要であれば、予め選択されたプロファイルに従って、流速が調整される。
【００３８】
予め選択されたプロファイルに従って流速が調整されると、ブロック１１２において、流動体レベルをチェックするか否かが判断される。チェックする場合、ブロック１１４において、供給されている流動体がプロファイルにフィットするか否かが判断される。送られた流動体がプロファイル量に一致した場合、プログラムはブロック１０２に戻る。送られた流動体がプロファイルより少ない場合、ブロック１１６において流量を増やす補正が行われ、その後、プログラムはブロック１０２へ戻る。送られた流動体がプロファイルより多ければ、ブロック１１８において流量を減らす補正が行われる。次いで、プログラムはブロック１０２へ戻る。再記するが、本プログラム全体は、予めセットされたロード・プロファイルに対してフローバルブのオペレーションを制御する。
【００３９】
したがって、流動体ライン用の新しいフローバルブと共に、そのオペレーション用のフィードバック制御も開示されている。フローバルブ自体は、信頼性及び安全性の基準が高い電動歯ブラシなどの用途において特に有用である。本発明は、その最広の態様において、電動歯ブラシ用途に制限されない。
【００４０】
しかし、本発明は、電動歯ブラシ用途において用いられるとき、複数の利点を有する。図１１に示すようなリザーバ及び再充填ポートに対するフローバルブの配置が重要である。開示したすべてのバルブ構造について、リザーバ内の流動体がフローバルブを通って流れるのを防ぐのに外部の力は必要ない。また、これは、リザーバ内の流動体が再充填ポートから漏れるのも防ぐ。しかし、すべての構造は、バルブ本体に力を全く掛けなくても、流動体を再充填ポートからバルブを通ってリザーバ内へ流すことができる。流動体供給サイクル中の再充填ポートからの漏れを防ぐために再充填ポート上の弁に必要なのは、通常時の充填経路からものよりも大きい抵抗を流動体流れに与えることである。流動体を含むすべての要素は低コストであり、システムの中で取り外し可能な部分（ブラシヘッド）内に配置されている。よりコストの高い部品（コイル、センサ、及び、コントローラ）は、歯ブラシ・ハンドル内に配置されている。複数のブラシヘッドを持つことによって、不純物及び異なる流動体との混合について心配無しに、異なる流動体を用いることができる。
【００４１】
リザーバ・センサ及びフィードバック・システムにより、本システムは、本システム内を異なる速度で流れる様々な粘度の流動体に対して自動的に補償することができる。また、リザーバ・センサは、リザーバが満タンのとき、及び／又は、所定量の流動体がリザーバ内に達したとき、再充填装置に信号を送るのに用いることもできる。センサは、再充填プロセスの開始時にチェックし、既知量の流動体がシステム内に入れられたときに再度チェックすることによって、校正することができる。
【００４２】
説明のために好ましい実施形態について開示したが、請求項によって定義される本発明の意図を逸脱せずに様々な変更、修正、及び置換を本発明に組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】リング状アクチュエータを用いた本発明に係るフローバルブの縦方向横断面図である。
【図１Ｂ】リング状アクチュエータを用いた本発明に係るフローバルブの横方向横断面図である。
【図２Ａ】図１Ａ及び１Ｂのフローバルブの閉じた位置での横方向横断面図である。
【図２Ｂ】図１Ａ及び１Ｂのフローバルブの開いた位置での横方向横断面図である。
【図３Ａ】成形金属アクチュエータを備えたフローバルブの縦方向横断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの成形金属アクチュエータの側面図である。
【図４】フローライン上に突起を有するフローバルブの縦方向横断面図である。
【図５】本発明に係るフローバルブ及びアクチュエータを用いた電動歯ブラシのブラシヘッド部を示す概略図である。
【図６】本発明のフローバルブ及びアクチュエータ用のフィードバック制御システムについてのフローチャートである。
【図７Ａ】リング状アクチュエータを用いた好ましいフローバルブの縦方向横断面図である。
【図７Ｂ】リング状アクチュエータを用いた好ましいフローバルブの縦方向横断面図である。
【図７Ｃ】リング状アクチュエータを用いた好ましいフローバルブの横方向横断面図である。
【図８Ａ】リング状アクチュエータを用いた別の構造のフローバルブの縦方向横断面図である。
【図８Ｂ】リング状アクチュエータを用いた別の構造のフローバルブの縦方向横断面図である。
【図８Ｃ】リング状アクチュエータを用いた別の構造のフローバルブの横方向横断面図である。
【図９Ａ】玉を用いた別のフローバルブ構造の縦方向横断面図である。
【図９Ｂ】玉を用いた別のフローバルブ構造の横方向横断面図である。
【図９Ｃ】玉を用いた別のフローバルブ構造の横方向横断面図である。
【図１０Ａ】アクチュエータを必要としないフローバルブ構造の閉じた位置での横断面図である。
【図１０Ｂ】アクチュエータを必要としないフローバルブ構造の開いた位置での横断面図である。
【図１１】図５の流動体システムの概略断面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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