(57)【要約】電動歯ブラシが、本体、ヘッド、およびその間に延びているネックから構成されることは明らかになっている。 モータ、動力伝達経路、および1個以上の電池が運動を可動ブラシ毛の集合に伝える。 バネ部品は、そうでなければモータに伝えられる過負荷を吸収するために、構成される動力伝達経路に提供される。そのようにモータの過負荷を縮小あるいは削除することにより電池寿命は延ばされる。【選択図】図１
2007525265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ(９０，１０２)を配置した中空内部領域を画定しているハンドル（８０，１３０）と、
ブラシ毛を上部に配置して有する可動ブラシ毛ホルダー（１５２）を備えるヘッド（２０，１２０）と、
前記ハンドルと前記ヘッドとの間に延びているネック（４０，１４０）と、
長軸を形成するドライブシャフト（９５，１６０，１９５，２９５，３９５，４９５，５９５，６９５，７９５，８９５）とを含み、このドライブシャフトは前記ネックを貫通して延びており、かつ作動的に前記モータを前記可動ブラシ毛ホルダーにつなぎ、およびこのドライブシャフトは少なくとも１つのバネ要素（９６，１９６，２９６，３９６，４９６，５９４，５９６，６９４，６９６，７９４，７９６，８９４，８９６）を備えてなる電動歯ブラシ（１０，１００）。
【請求項２】
前記バネ要素は、前記ドライブシャフトと一体形成される請求項１に記載の電動歯ブラシ。
【請求項３】
前記バネ要素は、前記ドライブシャフトと同じ材料で形成される請求項１に記載の電動歯ブラシ。
【請求項４】
前記バネ要素は、前記ドライブシャフトと異なる材料で形成される請求項１に記載の電動歯ブラシ。
【請求項５】
前記バネ要素は線形バネである、請求項１に記載の電動歯ブラシ。
【請求項６】
前記モータが稼働する際、前記ドライブシャフトは往復運動および回転運動を含むグループから選択された運動を受ける、請求項１に記載の電動歯ブラシ。
【請求項７】
前記ドライブシャフトは第１バネ要素と第２バネ要素とを含む、請求項１に記載の電動歯ブラシ。
【請求項８】
前記第１バネ要素は前記第２バネ要素のバネ定数とは異なるバネ定数を示す、請求項７に記載の電動歯ブラシ。
【請求項９】
前記電動歯ブラシが稼働し、前記可動ブラシ毛ホルダーに過負荷がかかる際、前記モータは稼働を続行し、前記バネ要素に反復変位を起こさせる、請求項１１に記載の電動歯ブラシ。
【請求項１０】
前記変位は、前記バネ要素の圧縮と伸張とを含む請求項１９に記載の電動歯ブラシ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、歯ブラシの分野に関連し、さらには特に電気動力付き歯ブラシの分野に関連する。
【背景技術】
【０００２】
歯ブラシは従来歯ブラシのヘッドまたは端に固定された、あるいはそうでなければ取り付けられた１組以上のブラシ毛を利用していた。機械的または電気的に動力を供給される、可動ブラシ毛セットまたはホルダーを利用する歯ブラシも知られている。通常、電気モータおよび駆動機構は歯ブラシ本体に保持され、可動ブラシ毛セットまたはホルダーとつながれている。モータおよび駆動機構が稼働すると、ブラシ毛ホルダーはさまざまな異なるタイプの運動を受ける。駆動機構に動力を供給し、可動ブラシ毛ホルダーに運動を与えるために、通常１つ以上の電池が歯ブラシ本体内に備えられている。
電動歯ブラシの作動中、電気モータの電力消費量は一般的に回転速度および駆動機構によりモータに付される負荷にかかっている。これらのパラメータは、ブラッシング要素、例えば、ブラシヘッドに配置される可動ブラシ毛ホルダーに付される負荷に左右される。電気モータの電力消費量は、モータおよび通常モータの出力シャフトにかかる機械的歪みにも左右されることも知られている。
電動歯ブラシを使用することにおいて重大な不都合は、反復使用した期間の後に、電池が消耗して、電池を交換しなければならないことである。電池にかかる費用増加に加え、電池交換は消費者にとって煩わしく厄介なものとされている。さらに、低価格の使い捨て電動歯ブラシでは、電池は歯ブラシ本体内で封をされているかもしれず、交換に適していないかもしれない。したがって、電池の寿命および電動歯ブラシ本体の電池交換をするまでの期間を延ばす必要がある。
さらに、電動歯ブラシの電池寿命を延ばすために、技術および組み立てを改良する必要が残されており、特に、例えばブラシヘッドやネックの過度の歪みや湾曲がさらに伴う。
【発明の開示】
【０００３】
発明の概要
第１の観点では、この発明はモータを配置した中空内部領域を有するハンドルを備える電動歯ブラシを提供する。また、電動歯ブラシはブラシ毛を上部に配置して有する可動ブラシ毛ホルダー（ｍｏｖａｂｌｅ  ｂｒｉｓｔｌｅ  ｈｏｌｄｅｒ）を備えるヘッドを有する。さらに、歯ブラシはハンドルとヘッドとの間に延びているネックを備える。また、電動歯ブラシは長軸を形成するドライブシャフトを備える。ドライブシャフトはネックを貫通して延びており、かつ作動的にモータを可動ブラシ毛ホルダーにつなぐ。ドライブシャフトはバネ要素を含む。
【０００４】
他の観点では、この発明はモータを配置した中空内部領域を画定しているハンドルを備える電動歯ブラシを提供する。また、電動歯ブラシはブラシ毛を備える可動部分を含むヘッドを有する。また、歯ブラシはハンドルとヘッドとの間に延びているネックを備える。また、電動歯ブラシは、バネ要素を含んだ、かつ長軸を形成するドライブシャフトをさらに備える。ドライブシャフトはネックを貫通して延びており、かつ作動的にモータをヘッドの可動部分につなぐ。モータが作動すると、ドライブシャフトは往復運動を受ける。
【０００５】
さらに別の観点では、この発明はモータを配置した中空内部領域を有するハンドルを備える電動歯ブラシを提供する。歯ブラシはブラシ毛を上部に配置して有する可動ブラシ毛ホルダーを有するヘッドをさらに備える。また、歯ブラシはハンドルとヘッドとの間に延びているネックを備える。また、歯ブラシは長軸を形成するドライブシャフトを備える。ドライブシャフトはネックを貫通して延びており、かつ作動的にモータを可動ブラシ毛ホルダーにつなぐ。ドライブシャフトはバネ要素を含んでおり、そのバネ要素はモータが過負荷を受けないときは実質的に硬質で変形せず、モータに過負荷が加力される場合には比較的に柔軟である。
【０００６】
加えてさらに別の観点では、この発明はモータを配置した中空内部を画定しているハンドルを備える電動歯ブラシを提供する。また、歯ブラシはブラシ毛を上部に配置して有する可動ブラシ毛ホルダーを含むヘッドを備える。また、歯ブラシはハンドルとヘッドとの間に延びているネックを備える。また、歯ブラシは、ネックを貫通して延びており、かつ作動的にモータをブラシ毛ホルダーにつなぐドライブシャフトを備えている。ドライブシャフトはバネ要素を備える。歯ブラシが稼働し、ブラシ毛ホルダーに過負荷が加力されると、モータは稼働を続行し、バネ要素に反復変位を起こさせる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図面の簡単な説明
この発明は様々な部品や部品の配置による形態をとってもよく、また様々な技術、方法または手段の順序や配列による形態をとってもよい。参照図は、この発明による歯ブラシの実施例を示す目的のためのみであり、必ずしも縮尺で描かれている訳ではなく、この発明を限定的に解釈させるものではない。
この発明は以下の図に関連した記載によりさらに理解される。
図１はこの発明による歯ブラシの透視図である。
図２は図1で示される歯ブラシの部分断片透視図である。
図３はこの発明による別の歯ブラシの部分的な構成部品を示す透視図である。
図４はこの発明によるドライブシャフトの透視図である。
図５は図4で示されるドライブシャフトのバネ部分の詳細な部分側面図である。
図６はこの発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
図７はこの発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
図８はこの発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との実施例の詳細な部分透視図である。
図９はこの発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
図１０はこの発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
図１１はこの発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
図１２はこの発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
図１３はこの発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
【０００８】
発明の詳細な説明
この発明によると、歯ブラシの電気モータに付される負荷が調整されるのであれば、電動歯ブラシの電池寿命が相当延ばされ得ることが判明している。例えば、モータの動きを止めるか、あるいは実質的に止まらせる過負荷の加力は、過度の電力を消費し得る。この発明は、電気モータに加えられる負荷を制限できる駆動機構部品や部品を提供して、過負荷を吸収することによりモータの動きが止まるのを防ぎ、それにより電池寿命を延長する。ここに記載される実施例において、これらの部品とはドライブシャフトの一部に沿って駆動機構に備えられるバネあるいはバネ要素である。バネ要素を選択するにあたり、バネ定数が考慮され得る。歯ブラシのドライブシャフトに柔軟すぎるバネ定数を選択すると、歯を洗浄するのに十分な力を加えられない。しかしながら、ドライブシャフトに堅すぎるバネ定数を選択すると、バネ要素は過負荷を吸収することができず、それによってこの負荷がモータに伝達し、モータの動きが止まるのを防止できなくなる。
【０００９】
示されるように、ブラシヘッドへ過負荷が加えられることにより、歯ブラシの電力に用いられる１つ以上の電池から、通常以上のあるいは過度の電力が消費される。一般に、ここで用いられる「過負荷」という用語は、歯ブラシのドライブシャフトに加えられるときに、モータの動きを実質的に止めてしまうものを示す。このモータの動きの停止により、可動ブラシ毛ホルダーの約５０％から約１００％未満までの運動率が減少し、通常約７５％から約９５％までの間に渡って、電池寿命が短くなる。例えば、１つの実施例において、ある歯ブラシは、ブラシヘッドに何も負荷を加えることなしに、約２５０〜約５０００ストローク周期／分のブラッシング率を示し、別の実施例において歯ブラシは約７５０〜約２０００ストローク／分のブラッシング率を示し、さらに別の実施例において歯ブラシは約１２５０ストローク／分のブラッシング率を示す。ここで用いられる「ストローク」とは、運動の完全な１周期を示す。往復ドライブシャフトにとって、１ストロークは、第１方向への移動、および、その後の第２方向すなわち反対方向への移動を含む。ブラッシングの際、または、ブラシ毛ホルダーへ一般あるいは通常のブラッシング負荷が加わる際、約１２５０ストローク／分のブラッシング率を示す歯ブラシのブラッシング率は、約６２５ストローク／分まで減少し得る。しかしながら、より大きなブラッシング負荷が加わる際、ブラッシング率はさらに減少する。この例において、率が約３１５ストローク／分まで遅くなる（ブラッシング率において７５％の減少に相当する）とき、ブラッシング負荷が「過度」であると考えられ得る。
【００１０】
バネ部分は、ドライブシャフトの長手方向の一部に沿って形成され、または備えられるので、歯ブラシの作動の間、および、ドライブシャフトのブラッシングエンドに過負荷が加えられる際に、バネの変位により、負荷の一部を吸収する。これは、そうでなければドライブシャフトの他端、すなわちドライブシャフトのモータエンドにおいて過負荷が表れ、または伝達するのを順に減少させる。ドライブシャフトの「ブラッシングエンド」という用語は、ドライブシャフトにより駆動する可動ブラシ毛ホルダーに最も近いドライブシャフトの端のことを示し、作動的にホルダーにつながれる。また、ドライブシャフトの「モータエンド」という用語は、最終的にドライブシャフトを駆動する電気モータに最も近いドライブシャフトの端のことを示す。先に記載されたように、過度の電力消費は、モータへ過負荷が加えられることによりもたらされる。そして、モータへ過負荷が加えられることを減少または回避することにより、すなわち、バネ部分を備えることにより、過度の電力消費は回避される。
【００１１】
バネ部分は、ドライブシャフトの長手方向の一部に沿って形成され、または備えられるので、歯ブラシを普通に使用する間、および、歯ブラシに過負荷が加えられない場合、バネは変位せず、またどのような重要な範囲に対しても変位しない。このバネの特徴は、歯ブラシを普通に使用する間、実質的に硬質で変形しないでいるバネとしても記載される。
図１はこの発明による歯ブラシ１０の実施例の透視図である。歯ブラシ１０は本体８０、ヘッド２０、および、ハンドルまたは本体８０とヘッド２０との間に延びているネック４０を備える。作動装置７０またはスイッチは、本体８０に沿って備えられる。ヘッド２０に配置されているのは、多くの固定ブラシ毛６０および可動ブラシ毛５０の集合であり、それらの両方ともここで参照の種々の特許会社（ｐａｔｅｎｔｓ  ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）により詳細に記載され、図示されている。
【００１２】
図２は図１で示された歯ブラシ１０の実施例の部分断片透視図である。図２はモータ９０、および、ブラシヘッド２０の上に配置された可動ブラシ毛５０の集合を動かすために用いられる、本体８０に保持された動力伝達経路または機構を示す。可動ブラシ毛は可動ブラシ毛ホルダー（図２において図示せず）に取り付けられ、かつ支持されている。歯ブラシ１０の本体８０に沿って配置されている作動装置７０（図１参照）が作動する際、筐体８０内の１つ以上の電池から等の電気エネルギーが直接モータ９０に向かう。モータ９０は、駆動歯車９２を付けた出力シャフト９１を含む。駆動歯車９２は回転可能な駆動歯車９３と噛み合っている。駆動歯車９３は、モータの出力シャフト９１に対して垂直に延びている軸Ａの周りを回転するように取り付けられている。駆動歯車９３は、回転の中心、または駆動歯車９３の軸Ａから放射状に外側に向けて、駆動歯車９３上に配置される駆動節９４を含む。駆動節９４に取り付けられるのはドライブシャフト９５である。駆動部品のこの配置により、回転動力出力シャフト９１からドライブシャフト９５に往復運動が伝えられる。
【００１３】
駆動モータと歯車形状の広範囲の配列は、ここに記載される歯ブラシに利用されてもよい。例えば、米国特許第６，１７８，５７９号、第６，１８９，６９３号、第６，３６０，３９５号および第６，３７１，２９４号に記載された種々の駆動機構は、全てここで参照のために組み込まれており、利用されてもよい。
認識されているように、可動ブラシ毛は１つ以上の可動ブラシ毛ホルダーに配置され、かつ支えられている。可動ブラシ毛ホルダーは広範囲の種々の運動を受けてもよい。可動ブラシ毛ホルダーは角張った運動、直線運動、曲線運動を受けてもよい。ブラシ毛ホルダーの運動は、一定であっても周期的であってもよい。１つの実施例において可動ブラシ毛ホルダーの運動は周期的な直線運動または往復運動である。
【００１４】
往復ドライブシャフトを用いる歯ブラシの別の実施例が図３に示される。図３は、歯ブラシヘッド１２０、本体またはハンドル１３０およびそれらの間に延びている延長ネック１４０を含む電動歯ブラシ１００を示す。種々の軸や歯車を含み、モータから可動ブラシ毛ホルダーの内側へ運動を伝える動力伝達経路は、実質ここで参照のために組み込まれる米国特許番号第６，１７８，５７９号に記載された内容と同様である。ハンドル１３０は中空であり、モータ１０２、およびモータに電力を供給するための電池（図示せず）を含んでいる。充電可能な電源は電池に代用され得る。ヘッド１２０は、ヘッドを貫通して延びている長軸を有する。長軸は、シャフト１６０の長軸と同様に、一般に長手方向に延びている。内部可動ブラシ毛ホルダー１５２はヘッド１２０に沿って配置され、端部１２２はヘッド１２０の末端にある。１つの実施例において、内部可動ブラシ毛ホルダー１５２は楕円形をしているが、他の形状でも利用され得る。さらに、内部可動ブラシ毛ホルダー１５２がヘッド１２０の端部１２２の最も近くに配置される間、可動ブラシ毛ホルダー１５２は端部１２２、および、少なくとも内部可動ブラシ毛ホルダー１５２の外周部分の周りに配置され得る固定ブラシ毛等の、他の装備から離れて配置され得ると考えられる。この実施例において内部可動ブラシ毛ホルダー１５２は往復運動をする。
【００１５】
第１歯車１０４は作動的にモータ１０２につながれ、動力を供給されている。第２歯車１０６は作動的に第１歯車１０４につながれている。第２歯車１０６の回転軸は、第１歯車１０４の歯が第２歯車１０６の歯と噛み合うように、第１歯車１０４に対してほとんど垂直であり、これによって第１歯車１０４の回転に伴い第２歯車１０６が回転するようになる。
第１アーム１０８は、ピン１１０または他の留め具を介して、偏心したピボットをつけて第２歯車１０６につながれる。偏心してつながれることにより、第２歯車の回転運動は第１アーム１０８の往復運動へと変換される。第２アーム１１２は、ピン１１４または他の留め具を介して、第１アーム１０８にピボットをつけてつながれる。シャフト１６０は、プレス嵌めのように、第２アーム１１２にしっかりと固定される。シャフト１６０は少なくとも部分的にネック１４０内に収容される。シャフト１６０は第３アーム１１６とも連動している。第３アーム１１６は、ピン１１８または他の留め具を介して、内部ブラシ毛ホルダー１５２とターミナルエンドでつながれている。第３アーム１１６のターミナルエンドは、シャフト１６０の長軸とオフセットであるため、アームは内部ブラシ毛ホルダー１５２の外辺に隣接してピン接合される。このオフセット配置は第３アーム１１６の往復運動を、内部ブラシ毛ホルダー１５２の往復運動に変換し、内部ブラシ毛ホルダー１５２はシャフト１６０の長軸とほとんど平行に往復運動をする。
【００１６】
図２および図３で示される駆動機構の両方の実施例は、少なくともドライブシャフトに沿って備えられるバネ部品またはバネ要素を有するドライブシャフトを利用する。より詳細に見ていくと、図４および図５はこの発明によるドライブシャフト９５の実施例を示す。ドライブシャフト９５は、図１および図２で示される歯ブラシの実施例に利用される。ドライブシャフト９５は、少なくともその長手方向の一部に沿ったバネ部分、バネ要素またはバネ部品９６を含んでいる。１つの実施例において、バネ部分９６はドライブシャフトの一部として一体に形成されている。もう１つの実施例において、バネ部分９６を含むドライブシャフト９５は一体型のユニットである。図３で示されるドライブシャフト１６０もまた、少なくともその長手方向の一部に沿ったバネ部分、バネ要素またはバネ部品としての役割をする。このバネ部品の記載は、ドライブシャフト９５に備えられるバネ９６の以下の記載と同様である。
歯ブラシの使用中にバネ要素に加えられる特定の負荷のタイプは、圧縮または伸張である。ブラシの通常の使用の間、圧縮負荷あるいは伸張負荷がバネに加わり得る。通常、これらの負荷はドライブシャフトの往復運動に伴って交互に加わる。例えば、伸張負荷が加えられた後、圧縮負荷が加えられ、その後に伸張負荷が加えられ・・・といった具合に。先の説明のように、もし過負荷がバネにかかるのであれば、負荷が圧縮あるいは伸張かによって、バネは圧縮されまたは伸ばされ得る。
【００１７】
バネが圧縮され、または伸ばされる程度は、過負荷の大きさ、ストローク長およびバネの特性による。これらの観点についてさらに詳細な説明をする前に、バネ、その特性および動作について考慮することは有益である。
バネは多くの機械システムの基礎を形成する基本的な機構部品である。バネは、変形するときに抵抗力が作用する弾性部材として定義され得る。ほとんどのバネは、線形と仮定されフックの法則（Ｈｏｏｋ’ｓ  Ｌａｗ）Ｆ＝ｋΔに従う。この方程式において、Ｆは抵抗力（ｒｅｓｉｓｔｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ）であり、Δはバネの変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）であり、ｋはバネ定数（ｓｐｒｉｎｇ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）である。
非線形バネ（ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ  ｓｐｒｉｎｇ）のために、抵抗力は、その変位に直線的には比例しない。ここに記載される実施例は線形バネ（ｌｉｎｅａｒ  ｓｐｒｉｎｇｓ）を利用する。しかしながら、この発明は非線形バネの使用を含む。
【００１８】
バネ定数を選択するために、モータ、およびモータとドライブシャフトの構造的配置が考慮され得る。モータの特性に応じて他の力も考慮され得るが、一般的に約１〜約１５ニュートンの間の力が過度の力であり、そのためモータは動きを止め得る。歯ブラシのヘッドに加わる約１〜約１５ニュートンの負荷は、ドライブシャフトと可動ブラシ毛ホルダーとの間の結合の様式および態様に応じて、歯ブラシのドライブシャフトへの約１〜約１５ニュートンの負荷へと変換し得る。様々なモータを利用することができるため、特定のモータの過負荷を吸収し得るバネ定数を選択する１つの方法として、モータの動きを止める負荷を最初に決定することが含まれる。往復シャフトを有する歯ブラシにおいてこの負荷を決定するために、ドライブシャフトをモータに取り付けて、モータが動きを止めるまでドライブシャフトに負荷を加えることが可能である。これがモータの動きを止めるのに必要な最大負荷である。ストローク長の組み合わせによるこの負荷は、最大必要バネ定数（ｔｈｅ  ｍａｘｉｍｕｍ  ｄｅｓｉｒｅｄ  ｓｐｒｉｎｇ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）を計算するために使用され得る。最大必要バネ定数は、負荷がモータの動きを止めるのに必要なレベルに達したときに、可動ブラシ毛ホルダーのストローク長を吸収するために曲がるだけである。最小必要バネ定数（ｔｈｅ  ｍｉｎｉｍｕｍ  ｄｅｓｉｒｅｄ  ｓｐｒｉｎｇ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）は、口に当たる感触および洗浄能力の要望を得るのに必要な負荷に基づく。バネ定数が最小必要バネ定数に近づくほど、ドライブシャフトのスプリング部品を曲げるのに要する負荷は小さくなる。しかしながら、これによりバネはモータが発するすべての負荷を吸収して、ドライブシャフトの運動が歯ブラシのヘッドの可動ブラシ毛ホルダーに変換されなくなるので、洗浄能力はおそらく最小となる。
さらに、バネ定数を最大必要バネ定数に近づけるほど、バネ要素はモータの動きを止める最大負荷に到達するまで過負荷を全く吸収しなくなるので、電池寿命の延びは減少する。１つの実施例においてバネ定数は、最大バネ定数の約１００％、９０％、８０％、７５％、６５％および５０％よりも少なくてもよく、および／または、最小バネ定数の約２５％、３５％、４５％および５５％よりも大きくてもよい。
【００１９】
この発明の別の実施例は、ドライブシャフトに約４〜約８Ｎ／ｍｍのバネ定数を示すバネまたはバネ要素を利用する。別の実施例において、バネまたはバネ要素は約５〜約７Ｎ／ｍｍのバネ定数を示し、さらに別の実施例においては、バネ定数は約６Ｎ／ｍｍである。しかしながら、この発明がこれらの典型的な値よりも大きな、または小さなバネ定数を有するバネの使用を含むことが理解され得る。例えば、約０．１、０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５および８．５、９．５、１０Ｎ／ｍｍ、およびそれ以上よりも大きなバネ定数を有するバネが駆動機構に利用され得ることが熟考される。
４Ｎ／ｍｍのバネ定数を有するバネを利用することによる、ドライブシャフトのブラッシングエンドに加えられる力とバネの変位との間の概略関係が次の表１に示される。
表１
ｋ＝４Ｎ／ｍｍとした場合の、加えられる力とバネ変位との関係
【表１】
2007525265.tif 000003
５Ｎ／ｍｍのバネ定数を有するバネを利用することによる、ドライブシャフトのブラッシングエンドに加えられる力とバネの変位との間の概略関係が次の表２に示される。
表２
ｋ＝５Ｎ／ｍｍとした場合の、加えられる力とバネ変位との関係
【表２】
2007525265.tif 000004
また、６Ｎ／ｍｍのバネ定数を有するバネを利用することによる、力とバネ変位との関係が表３に示される。
表３
ｋ＝６Ｎ／ｍｍとした場合の、加えられる力とバネ変位との関係
【表３】
2007525265.tif 000005
７Ｎ／ｍｍのバネ定数を有するバネを利用することによる、ドライブシャフトのブラッシングエンドに加えられる力とバネの変位との間の概略関係が次の表４に示される。
表４
ｋ＝７Ｎ／ｍｍとした場合の、加えられる力とバネ変位との関係
【表４】
2007525265.tif 000006
８Ｎ／ｍｍのバネ定数を有するバネを利用することによる、ドライブシャフトのブラッシングエンドに加えられる力とバネの変位との間の概略関係が次の表５に示される。
表５
ｋ＝８Ｎ／ｍｍとした場合の、加えられる力とバネ変位との関係
【表５】
2007525265.tif 000007
【００２０】
この発明によると、往復ドライブシャフト用のバネ要素を設計するために様々なアプローチが提供される。バネ用の適切な材料の選択、およびバネの形状または配置の適切な設計により、適切なバネ定数が達成され得る。適切なバネ定数は、過負荷が加えられたドライブシャフトの「ストローク長」の少なくとも一部において変位するバネに相当する。ここで用いられる「ストローク長」という用語は、ドライブシャフトが往復運動サイクルの間に１方向に移動する最大直線距離に相当する。歯ブラシの１つの実施例において、ブラシ毛ホルダーのストローク長は、約０．５ｍｍ〜約３ｍｍになり得、もう１つの実施例において、ブラシ毛ホルダーのストローク長は、約０．７５ｍｍ〜約２．０ｍｍとなり得、別の実施例ではブラシ毛ホルダーのストローク長は、約０．７５ｍｍ〜約１．０ｍｍとなり得、さらに別の実施例において、ブラシ毛ホルダーのストローク長は、約０．８５ｍｍとなり得る。
加えられる負荷が伸張であるか、または圧縮であるかにかかわらず、多くのバネは同じ、または実質的に同じバネ定数を示すが、この発明による１つのタイプのバネは伸張負荷と圧縮負荷とでは異なるバネ定数を示す。１つの実施例において、バネは少なくともドライブシャフトのストローク長を吸収し得る。
この発明によるバネ要素へ加えられる過負荷から生じるバネ変位を調査する実験が実施された。その実験において、バネの一方の端は固定され、反対側のもう一方の端が特定の力を受けた。約−１．４ポンド（−６．２３Ｎ）の最大過伸張力（ｍａｘｉｍｕｍ  ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ  ｔｅｎｓｉｌｅ  ｆｏｒｃｅ）で、バネは約０．８５ｍｍ伸ばされた。また、約０．９５ポンド（４．２３Ｎ）の最大過圧縮力（ｍａｘｉｍｕｍ  ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ  ｆｏｒｃｅ）で、バネは約０．８０ｍｍ圧縮された。これらの過負荷に相当するドライブシャフトにおける力の計測量は、約１．２±０．３０ポンド（５．３４±１．３３ニュートン）の力である。これらの変位および力の数値からバネ定数を計算すると、ｋ＝６．２８±１．５６Ｎ／ｍｍとなる。
【００２１】
この発明による１つの典型的な実施例において、バネ要素は往復駆動機構のドライブシャフトに組み込まれる。歯ブラシの稼働の間、ドライブシャフトは約０．８５ｍｍのストローク長を示す。ブラッシング中にブラシヘッドに加えられる過負荷によりバネの材料および形状が選択されるので、ストローク長によるいずれの方向にもバネが圧縮され伸ばされる。これにより、モータは電池から通常レベルの電力を消費して稼動し続けることが可能になる。そしてさらに、バネの材料と形状はブラシヘッドに加えられる負荷が過度であると考えられるより小さくなるように選択されるので、バネはそれ程の大きさで変位されない。これにより、ドライブシャフトは往復運動し、重大な損失を伴わずにモータエンドからバネを通してドライブシャフトのブラッシングエンドまで効果的に力を伝導することができる。
どのような特定な理論やデザインアプローチにも限定されることは望まないが、ブラシヘッドの１つの実施例においてブラシ毛ホルダーで計測される過ブラッシング負荷（ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ  ｂｒｕｓｈｉｎｇ  ｌｏａｄｓ）と、ドライブシャフトのブラッシングエンドで示される負荷との間のおおよその関係が明らかになってきた。稼動ブラシ毛ホルダーに動力を供給する往復駆動機構を利用する特定の電動歯ブラシの実施例において、一般にブラシ毛ホルダーにおける約３ポンドのブラッシングの負荷は、ドライブシャフトのブラッシングエンドで計測される約１ポンドの負荷に相当する。３ポンドの力は、ブラシ毛への圧縮力としてブラシ毛ホルダーに加えられ、そしてこのようにしてその次に、ブラシ毛ホルダーに対して、一般に歯ブラシの長軸の垂直方向に加えられる。この負荷の加力により、往復ブラシ毛ホルダーと、それが接触する表面との摩擦が増加する。ドライブシャフトのブラッシングエンドに示される負荷は、ブラシ毛ホルダーへ加わるブラッシング負荷が約３ポンドのとき、約１ポンドである。この約１ポンドの力は、ブラシ毛ホルダーに付された約３ポンドの負荷から生じる、ブラシ毛ホルダーの摩擦の増加を克服するのに必要な力の量とみなされ得る。約１ポンドの力は、一般に往復ドライブシャフトの長軸に沿って向けられる。
【００２２】
バネの特性および動作は、一般にバネが形成される材料および形状、例えばバネの形態または構成によるものである。この発明によるドライブシャフトに適正なバネ部分を提供するためには、バネは比較的非柔軟な、または硬い材料を用いて比較的柔軟な形態に形成されてもよい。代わりに、バネは比較的柔軟な材料を用いて比較的非柔軟な形態に形成されてもよい。そして、バネは比較的柔軟な材料を用いて比較的柔軟な形態に形成されてもよい。さらに、バネは比較的非柔軟な形態に形成され、比較的非柔軟な材料から形成されてもよい。この後者の特性の組み合わせは、結果として非常に大きなバネ定数のため、好ましくはないと思われる。
特に、ドライブシャフトとバネは様々な材料から形成されてもよい。１つの実施例において、ドライブシャフトとバネは同じ材料で形成される。ドライブシャフトとバネは、通常の歯ブラシの使用中に重大なゆがみを受けることなく、モータから、歯ブラシのヘッドに配置される１つ以上の稼動ブラシ毛ホルダーに動力を伝達するのに、十分な強度と剛性を示す高分子材料から形成され得る。適切な高分子材料の例としては、自己潤滑材料（ｓｅｌｆ−ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）に限定されるものではないが、ＡＢＳ、ナイロン、ＰＰＥ、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン共重合体）および登録商標デュポン（Ｄｕｐｏｎｔ）から提供される登録商標デルリン（Ｄｅｌｒｉｎ）アセタール樹脂等の高分子材料が含まれ、また、スチールやアルミニウムなどの金属も含まれる。商業的に利用可能なナイロンの例としては、デュポンから提供されるＰＡ６ナイロンがある。また、ドライブシャフトとバネを形成するための他の材料を利用することも熟考される。この発明の歯ブラシに利用される材料の例は、限定されるものではないが、米国出願番号第１０／６５９，４８９号で論述されたものを含み、ここで参照のために組み込まれる。さらに、部品と、ネック内に形成される空洞内壁との間の摩擦を最小にするために、ドライブシャフトおよび／またはバネの外側表面に低摩擦コーティングが施されることが望ましい。
【００２３】
また、この発明はドライブシャフトとバネ部分が、それらの柔軟性、剛性または他の物理的特性において異なる、別の材料から形成される実施例を含む。図６はドライブシャフト１９５を形成する材料と異なった材料から形成されるバネ部分１９６を示す。図７はドライブシャフト２９５を構成する材料とは異なる材料から形成されるバネ部分２９６を有する代替実施例のドライブシャフト２９５を示す。この実施例において、バネ部分２９６の構成または形態から生じる機能に対して、バネ部分２９６を形成する材料の適切な選択が提供されることが分かり得る。図８は異なる材料から形成されるバネ部分３９６を有するドライブシャフト３９５のさらなる代替実施例を示す。図７および８をひとまとめに見ると、例えば、結果的にバネを形成する材料が同じであれば、バネの特性はバネの形態または構成の適切な選択により変化し得ることが分かる。さらに、結果的にバネの形態または構成が同じである場合、バネの特性はバネを形成する材料の適切な選択により変化し得る。
この発明はまた、回転ドライブシャフトを利用する駆動機構との結合に利用されるバネ要素を含む。例えば、トーションバネあるいはコイルバネは、先の図６で示されるように、回転ドライブシャフトの一部に沿って組み込まれ得る。図９はコイルスプリング４９６を有するドライブシャフト４９５の代替実施例を示しており、コイルスプリングおよびドライブシャフトの両方とも同じ材料で構成されている。歯ブラシの通常な稼動の間、バネ４９６はいかなる重大な回転歪みを受けることもなく、ドライブシャフトの一方の端からもう一方に向けて効率的に回転力を伝える。しかしながら、過負荷が加わる際、バネは歪み、すなわちねじり歪みを受け、それによってモータにかかる負荷は制限され、または減少される。ここに示したように、これにより電池の電力消費が抑えられる。
【００２４】
また、この発明は電動歯ブラシの駆動機構に２つ以上のバネあるいはバネ要素を利用することを含む。２つ以上のバネを備えることにより、動力伝達経路は、特に特定の稼動状態における過負荷、または負荷規模の特定範囲を吸収することについて適応可能になる。さらに、それぞれのバネは異なるサイズ、型、および構成であってもよく、異なるバネ定数であってもよく、異なる材料により構成されてもよく、あるいは、駆動機構またはドライブシャフトに沿った異なる場所に位置してもよい。例えば、図１０は第１バネ５９４および第２バネ５９６を含むドライブシャフト５９５の実施例を示す。バネ５９４および５９６は異なるバネ特性を示す。図１０に示される実施例において、ドライブシャフト５９５およびバネ５９４と５９６は同じ材料で形成されている。しかしながら、バネ５９４と５９６はサイズおよび／または構成が異なるため、２つのバネは異なるバネ定数を有する。
【００２５】
ドライブシャフトが複数のバネまたはバネ要素を含んでいるために、この発明はまた、最初の材料から１つ以上のバネを形成する方法を含み、また、異なる材料から、他のあるいは残りの１つ以上のバネを形成する方法を含んでいる。また、バネを形成するために選択される材料は、ドライブシャフトを構成する材料とは全く異なってもよい。図１１は第１バネ６９４および第２バネ６９６を含むドライブシャフト６９５を示す。第２バネ６９６は、バネ６９４で用いられるのと異なる材料で形成される。認識されることであるが、一般にバネ６９４と６９６のために選択される材料は、バネが異なるバネ定数を示すように選択され得る。また、異なる材料分野により供給されるバネ要素をドライブシャフトに備えることも熟考される。例えば、図１２は第１バネ７９４および第２バネ７９６を含むドライブシャフト７９５を示す。第２バネ７９６を形成する材料はバネ７９４およびドライブシャフト７９５を形成する材料とは異なっている。図１３は第１バネ８９４および第２バネ８９６等の複数バネを有するドライブシャフト８９５を示し、いずれも異なる材料で構成される。また、ドライブシャフト８９５の残りの部分は、また別の異なる材料で形成される。図１３もまた、類似の構成からなるバネの外観を示すが、異なるサイズでドライブシャフトに備えられる。
【００２６】
この発明に含まれるもう１つの観点は、駆動機構に複数のバネまたはバネ部分を有するドライブシャフトの選択的な適応である。一般に、特定の力が加わると、複数のバネを有するドライブシャフトは動力伝達経路内において、特定のバネがドライブシャフトのブラッシングエンドに加えられる負荷に最初にさらされるように適応させられる。同様に、種々のバネまたはバネ要素がドライブシャフト上に特定の順序で配置されてもよい。
ここに記載される実施例は、ドライブシャフトの部分として一体的に備えられるバネ部分またはバネ要素を利用するが、この発明はバネ部品がドライブシャフトと分離して備えられる実施例を含む。そのような構成において駆動機構は、モータ出力シャフトと、モータにより動力供給される１つ以上のブラシ毛ホルダーとの間に位置するバネ部品を利用し得る。
さらに、ここで記載される歯ブラシの実施例は歯ブラシのネック部に配置されるバネ要素を利用するが、この発明はバネが歯ブラシの他の領域に配置される実施例を含む。例えば、バネは歯ブラシのハンドル部分内に位置し、または一般に存在し得る。また、バネは歯ブラシのヘッド部に備えられ得る。
【００２７】
ヘッドの長軸に対して実質的に垂直方向に延びているブラシ毛のふさを有する、歯ブラシの実施例のブラシヘッドが簡単に示されているが、ブラシ毛は、固定ブラシ毛または稼動ブラシ毛の運動を補足し、またはさらに増大させるために様々に配置され得ると熟考される。ブラシ毛のいくつか、あるいはすべては、ブラシ毛ホルダーの頂上表面で鋭角を形成する方向に延び、前方または後方に延びても良い。別の実施例において、ブラシ毛のいくつかはヘッドから外側に延びており、別の方向に、またブラシ毛ホルダーの頂上表面に対して鋭角を形成するように延びていてもよい。マッサージブラシ毛または異なる高さのブラシ毛も使用されてもよく、そのようなブラシ毛は米国特許番号第Ｄｅｓ．３３０，２８６号および第Ｄｅｓ．４３４，５６３号に記載されており、実質ここで参照のために組み込まれている。使用のために適切な他のブラシ毛の配置は、米国特許番号第６，００６，３９４号、第４，０８１，８７６号、第５，０４６，２１３号、第５，３３５，３８９号、第５，３９２，４８３号、第５，４４６，９４０号、第４，８９４，８８０号、および、国際公開番号第ＷＯ９９／２３９１０号に全部または一部が記載されている配置を含み、実質ここで参照のために組み込まれている。
【００２８】
独創的な電動歯ブラシは、ブラシ毛またはマッサージ先端部タイプ、寸法、組み合わせ、角度および配置のどのような組み合わせによっても作られ得る。ブラシ毛のふさは高さが互い違いであってもよい。１つの実施例において、多数の高いふさと低いふさがある。高いふさと低い方のふさとの長さの違いは、１つの実施例において約０．５ｍｍと約２．５ｍｍとの間であり、別の実施例においては約１ｍｍと約２ｍｍとの間である。高いふさと低いふさは異なる特性を備え得る。例えば、高いブラシ毛のふさは、ユーザの歯茎を優しく洗浄およびマッサージするために比較的柔らかくてもよく、一方、低いブラシ毛のふさは、（反対に）歯間の洗浄のためにいくぶん硬めであってもよい。この配置により、長い（そして通常柔らかい）方のブラシ毛は、短い（そして通常硬い）方のブラシ毛がユーザの歯や歯茎に接触する前に、ユーザの歯茎に押され、曲げられ、そしてたわむ。したがって、例えば、柔らかいブラシ毛には、硬い（そして、おそらくそれほど快適ではない）ブラシ毛に、より少ない力が加えられる間、より多くの力が加えられ得る。
【００２９】
１つの実施例において、この発明は次のブラシ毛構成を提供する。すなわち、可動ブラシ毛は、可動ブラシ毛ホルダーによって支持され、かつ可動ブラシ毛ホルダーに固定されており、少なくとも部分的に可動ブラシ毛ホルダーを取り囲み、または可動ブラシ毛ホルダーおよびそこへ固定されたブラシ毛と並んで広がる固定ブラシ毛よりも短い総ブラシ毛長を有する。さらなるブラシ毛構成のバリエーションは、可動ブラシ毛の先端部が、ヘッドの外部表面から延びている長い固定ブラシ毛とほぼ同じ高さになるように、ヘッドの外部表面の上にわずかに持ち上げられた可動ブラシ毛ホルダーを特徴とする。一般に比較的短い長さの可動ブラシ毛を利用することにより、可動ブラシ毛ホルダーの距離またはストロークは（往復運動を受けるとき）長いブラシ毛が用いられる場合より少なくなる。ストロークが短くなるほど、一般に所要電力は減少する。これは、電池需要が減少するので有益であり、このような歯ブラシの生産性と市販性をさらに促進し得る。さらに可動ブラシ毛に比較的短いブラシ毛を、および固定ブラシ毛により長いブラシ毛を利用することにより、ブラッシング負荷の大部分が固定ブラシ毛により引き受けられる。これにより、一般に歯ブラシのモータや駆動機構への電力需要がさらに減少する。
【００３０】
示したように、ここで記載された種々の往復ブラシ毛ホルダーは、回転シャフトを備える駆動機構を利用してもよい。さらに、他のモータと往復シャフトまたは回転シャフトとの配置は、取り替え可能であることが分かる。例えば、米国特許番号第５，２２６，２０６号、第５，５２４，３１２号、第５，３８３，２４２号、第５，４６５，４４４号、第５，５０４，９５９号、第５，８３６，０３０号、第４，８４５，７９５号、第５，４０４，６０８号、第５，３５９，７４７号および第５，６１７，６０１号は実質ここで参照のために組み込まれており、適切であり得る他のモータと往復シャフトとの配置を開示している。さらに、ここで記載される電動歯ブラシは、取替え可能なヘッドを備えていてもよい。この発明に適応する適切な配置は、２００１年５月７日出願の米国出願番号（ＵＳ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｅｒ．Ｎｏ．）第０９／８５０，６６２号に開示されており、実質ここで参照のために組み込まれている。同様に、駆動機構は、２００２年４月３日に出願された米国出願番号第１０／１１４，７８０号、および２００２年４月２２日に出願された第１０／１２８，０１８号に開示されており、両方ともここで参照のために組み込まれており、また、この発明に関連して使用のために熟考される。さらに、米国特許出願公開（Ｕ．Ｓ．ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  ｐａｔｅｎｔ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）２００３／０２２６２２３号、２００２年１０月２１日に出願された第１０／２７４，７００号もここで参照のために組み込まれている。
【００３１】
この発明は特定の実施例に関して記載されている。この明細書を読み、理解した際に、他人は改良や変更を思い浮かび得る。さらに、固定および可動ブラシ毛と種々の駆動機構との特定の取り合わせが示され、記載されてきたが、この発明は他の種々の構成を含む。そのような改良や変更は、それらが特許請求の範囲（ｃｌａｉｍｓ）に加えられた、または、その等価物の範囲である限り含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明による歯ブラシの透視図である。
【図２】図1で示される歯ブラシの部分断片透視図である。
【図３】この発明による別の歯ブラシの部分的な構成部品を示す透視図である。
【図４】この発明によるドライブシャフトの透視図である。
【図５】図4で示されるドライブシャフトのバネ部分の詳細な部分側面図である。
【図６】この発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
【図７】この発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
【図８】この発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との実施例の詳細な部分透視図である。
【図９】この発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
【図１０】この発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
【図１１】この発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
【図１２】この発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
【図１３】この発明による、互い違いのドライブシャフトとバネ部分との詳細な部分透視図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０，１００・・・電動歯ブラシ
２０，１２０・・・ヘッド
４０，１４０・・・ネック
５０・・・可動ブラシ毛
６０・・・固定ブラシ毛
７０・・・作動装置
８０，１３０・・・ハンドル
９０，１０２・・・モータ
９１・・・出力シャフト
９２，９３・・・駆動歯車
９４・・・駆動節
９５，１６０，１９５，２９５，３９５，４９５，５９５，６９５，７９５，８９５・・・ドライブシャフト
９６，１９６，２９６，３９６，４９６，５９４，５９６，６９４，６９６，７９４，７９６，８９４，８９６・・・バネ要素
１０２・・・モータ
１０４・・・第１歯車
１０６・・・第２歯車
１０８・・・第１アーム
１１０，１１４，１１８・・・ピン
１１２・・・第２アーム
１１６・・・第３アーム
１２２・・・端部
１５２・・・ブラシ毛ホルダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2007525265.tif 000016
【図１０】
2007525265.tif 000017
【図１１】
2007525265.tif 000018
【図１２】
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【図１３】
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