ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЗУБНАЯ ЩЕТКА
ELECTRIC TOOTHBRUSH

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к электрической зубной щетке.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известна электрическая зубная щетка такого типа, которая выполняет чистку зубов (удаление зубного налета) посредством размещения быстро вибрирующей щетки у поверхности зубов. Для электрической зубной щетки данного типа предложено множество разных приводных механизмов и способов приведения в действие с целью улучшения способности к удалению зубного налета и улучшения ощущения лечебной обработки.
Например, промышленно изготавливается и имеется на рынке электрическая зубная щетка, в которой используется технология максимизации амплитудно-частотной характеристики посредством использования механического резонанса.
В патентном документе 1 раскрыта электрическая зубная щетка, в которой электродвигатель электрической зубной щетки переключается между правым вращением и левым вращением с интервалами 1-10 секунд. Когда переключение происходит приблизительно один-пять раз, работа щетки временно останавливается или изменяется по усилию, в результате чего пользователи могут «уловить» время, в течение которого они чистят свои зубы.
Кроме того, существует электрическая зубная щетка, имеющая режим массажирования, в котором частота электрической зубной щетки последовательно изменяется.
Патентный документ 1: Национальная публикация заявки на патент Японии №8-140738
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, ПОДЛЕЖАЩИЕ РЕШЕНИЮ ПОСРЕДСТВОМ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Несмотря на то, что в вышеупомянутом обычном способе регулирование выполняется для режима работы с переключением, цикл переключения в рабочем режиме является продолжительным, и, следовательно, обеспечиваемая в результате способность к удалению зубного налета эквивалентна только способности, обеспечиваемой посредством чередования режимов работы.
Задача настоящего изобретения состоит в разработке способа дополнительного повышения способности к удалению зубного налета и улучшения ощущения лечебной обработки, обеспечиваемых электрической зубной щеткой.
Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в разработке способа дополнительного повышения способности к удалению зубного налета и улучшения ощущения лечебной обработки, обеспечиваемых электрической зубной щеткой, без усложненной конструкции, роста затрат и увеличенного энергопотребления.
СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ
Для решения вышеуказанных задач в настоящем изобретении используется следующая конфигурация.
Электрическая зубная щетка в соответствии с настоящим изобретением включает в себя источник движущей силы; вибрационный элемент, имеющий щетку; механизм передачи движения, предназначенный для преобразования выхода (выходной мощности) источника движущей силы в вибрацию вибрационного элемента; и средство управления, предназначенное для управления выходом источника движущей силы. Средство управления выполняет управление повторением (переключением) задающей частоты вибрационного элемента с высокой скоростью между множеством разных частот для использования чистки щеткой во время перехода при указанных переключениях указанной задающей частоты.
При приведении в действие вибрационного элемента щетка выполняет установившееся движение в устойчивом состоянии, в то время как щетка выполняет такое неравномерное движение во время переключения (в переходном состоянии), которое невозможно обеспечить в устойчивом состоянии. Данное неравномерное движение щетки, по-видимому, обеспечивает лучшую способность к удалению зубного налета. В таком случае средство управления в настоящем изобретении обеспечивает увеличение «доли» переходного состояния во время чистки щеткой посредством переключения задающих частот с высокой скоростью, чтобы тем самым обеспечить возможность чистки при подобной неравномерной работе щетки в переходном состоянии. Следовательно, в соответствии с конструкцией электрической зубной щетки в настоящем изобретении большая способность к удалению зубного налета может быть обеспечена и может быть улучшено ощущение лечебной обработки.
Кроме того, поскольку в настоящем изобретении неравномерная работа щетки, подобная описанной выше, обеспечивается только за счет управления выходом источника движущей силы, не требуется никакого специального механизма или детали для системы привода и системы передачи. Следовательно, отсутствуют причины усложнения конструкции щетки и увеличения затрат на щетку.
Средство управления в настоящем изобретении может обеспечивать попеременное переключение между двумя задающими частотами или может обеспечивать переключение трех или более задающих частот в заданном порядке или случайным образом.
Соответственно, по меньшей мере, одна из множества разных частот представляет собой резонансную частоту вибрационного элемента. Кроме того, целесообразно, чтобы множество резонансных частот было включено в множество разных частот. Это обусловлено тем, что амплитуда щетки может быть увеличена за счет использования резонанса.
В данном случае вибрационный элемент в настоящем изобретении имеет первую резонансную точку, в которой щетка резонирует в первом направлении, и вторую резонансную точку, в которой щетка резонирует во втором направлении. Соответственно, средство управления имеет первый режим работы, в котором управление выходом источника движущей силы осуществляется таким образом, что создается резонанс в первом направлении, и второй режим работы, в котором управление выходом источника движущей силы осуществляется таким образом, что создается резонанс во втором направлении, и обеспечивает переключение первого и второго режимов работы с высокой скоростью.
Амплитуда щетки больше в режиме работы, в котором используется резонанс (в дальнейшем назван «режимом работы с резонансом»), таком как вышеуказанные первый и второй режимы работы, чем в режиме работы без использования резонанса (в дальнейшем назван «нормальным режимом работы»). Поскольку амплитуда щетки в устойчивом состоянии большая, амплитуда щетки в переходном состоянии также большая. Следовательно, если режим работы с резонансом включен, по меньшей мере, в один из режимов работы перед переключением и после переключения, амплитуда щетки может быть сделана большой как в устойчивом состоянии, так и в переходном состоянии (то есть на всем периоде обработки), в результате чего достигается лучший эффект удаления зубного налета и лучшее ощущение лечебной обработки. Кроме того, использование явления резонанса может обеспечить увеличенную амплитуду (улучшенную способность к удалению зубного налета) при энергопотреблении, эквивалентном энергопотреблению при нормальном режиме работы, и, таким образом, является эффективным.
Кроме того, соответственно, средство управления в настоящем изобретении обеспечивает попеременное переключение первого режима работы и второго режима работы. Два режима работы с резонансом, имеющие большую амплитуду щетки, повторяются так, что амплитуда щетки в переходном состоянии также будет больше, в результате чего обеспечивается большая способность к удалению зубного налета.
Предпочтительно первое направление представляет собой направление, параллельное передней поверхности щетки, и второе направление представляет собой направление, вертикальное по отношению к передней поверхности щетки. В данном случае понятие «передняя поверхность» относится к виртуальной плоскости, ортогональной к волокнам щетки и находящейся у рабочей концевой части волокон. При резонансе в первом направлении щетинки щетки перемещаются с короткими ходами в направлении, параллельном обрабатываемой части, так что можно ожидать большого очищающего эффекта для зубодесневых карманов. При резонансе во втором направлении щетинки щетки перемещаются с короткими ходами в направлении, вертикальном по отношению к обрабатываемой части, так что можно ожидать большого очищающего эффекта для межзубных зон, зубодесневых карманов и поверхностей зубов. Таким образом, неравномерное движение, при котором указанные первое и второе направление сочетаются, выполняется в переходном состоянии, так что эффекты обоих режимов работы могут быть достигнуты одновременно.
Предпочтительно первая резонансная точка характеризуется тем, что она зависит от механизма передачи движения, и вторая резонансная точка характеризуется тем, что она зависит от щетки.
Предпочтительно средство управления обеспечивает измерение нагрузки, действующей на щетку, и регулирование выхода источника движущей силы в соответствии с измеренной нагрузкой. Это обусловлено тем, что вибрационные характеристики вибрационного элемента варьируются в зависимости от нагрузки, действующей на щетку.
Предпочтительно механизм передачи движения содержится в вибрационном элементе, и вибрационный элемент прикреплен к корпусу электрической зубной щетки посредством расположенного между вибрационным элементом и корпусом, упругого элемента. В соответствии с данной конфигурацией в то время, как зона вблизи щетки вибрирует эффективно вследствие включения механизма передачи движения в вибрационный элемент, вибрация вибрационного элемента почти не передается корпусу электрической зубной щетки вследствие размещения упругого элемента между вибрационным элементом и корпусом, в результате чего повышаются удобство и простота использования.
Предпочтительно источник движущей силы представляет собой электродвигатель, механизм передачи движения представляет собой эксцентриковый вал, соединенный с вращающимся валом электродвигателя, и вибрационный элемент включает в себя хвостовик, имеющий опору для указанного эксцентрикового вала. В электрической зубной щетке, имеющей такой принцип приведения в действие, вибрационный элемент (щетка) вибрирует двумерно в плоскости, вертикальной по отношению к вращающемуся валу. В этом случае соответствующие резонансы возникают в двух направлениях, приблизительно ортогональных друг к другу в плоскости вибраций. Данные два направления могут быть использованы в качестве вышеуказанных первого и второго направлений.
Следует отметить, что в режимах работы можно не использовать резонанс до тех пор, пока траектория при работе щетки, соответствующей задающей частоте, перед переключением отличается от траектории при работе щетки, соответствующей задающей частоте, после переключения. Это обусловлено тем, что в том случае, если траектория при работе щетки перед переключением отличается от траектории при работе щетки после переключения, траектория щетки будет неровной в переходном состоянии, в результате чего усиливается эффект удаления зубного налета.
Соответственно, средство управления в настоящем изобретении обеспечивает переключение задающей частоты с высокой скоростью, так что период, соответствующий переходному состоянию, составляет одну треть или более от периода устойчивой работы, то есть доля периода, соответствующего переходному состоянию, во всем периоде работы составляет одну четверть или более. Кроме того, соответственно, переключение задающей частоты осуществляется с высокой скоростью, так что период, соответствующий переходному состоянию, равен периоду устойчивой работы или является более продолжительным, чем период устойчивой работы, то есть доля периода, соответствующего переходному состоянию, во всем периоде работы составляет половину или более. Следует отметить, что в данном случае период устойчивой работы представляет собой период, в течение которого работа щетки является устойчивой, и период, соответствующий переходному состоянию, представляет собой период от момента переключения задающей частоты до тех пор, пока работа щетки не станет устойчивой.
Настоящее изобретение может быть конфигурировано с любой возможной комбинацией средств и процессов, упомянутых выше.
ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение обеспечивает повышение способности электрической зубной щетки к удалению зубного налета и улучшение обеспечиваемого ею ощущения лечебной обработки. Кроме того, настоящее изобретение не вызывает усложнения конструкции, роста затрат и увеличенного энергопотребления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой вид в перспективе, показывающий внешний вид электрической зубной щетки.
Фиг.2 представляет собой сечение, показывающее внутреннюю конструкцию электрической зубной щетки.
Фиг.3 представляет собой блок-схему в соответствии с первым вариантом осуществления.
Фиг.4 представляет собой схему, схематически показывающую вибрацию щетки.
Фиг.5 представляет собой график, показывающий резонансные точки в случае нагрузки, составляющей 100 г.
Фиг.6 представляет собой схему, показывающую траектории щетки в переходном состоянии.
Фиг.7 представляет собой схему, показывающую траектории щетки в (поперечном) направлении по оси Y и (продольном) направлении по оси Z в переходном состоянии.
Фиг.8А представляет собой график, показывающий форму колебаний широтномодулированного сигнала в режиме работы с переключением резонансов.
Фиг.8В представляет собой схему, показывающую состояние вибраций щетки в режиме работы с переключением резонансов.
Фиг.9А представляет собой схему, показывающую другой пример состояния приведения щетки в действие в режиме работы с переключением резонансов.
Фиг.9В представляет собой схему, показывающую еще один пример состояния приведения щетки в действие в режиме работы с переключением резонансов.
Фиг.9С представляет собой схему, показывающую еще один пример состояния приведения щетки в действие в режиме работы с переключением резонансов.
Фиг.9D представляет собой схему, показывающую еще один пример состояния приведения щетки в действие в режиме работы с переключением резонансов.
Фиг.10 представляет собой график, показывающий резонансные точки в случае нагрузки, составляющей 250 г.
Фиг.11 представляет собой блок-схему в соответствии со вторым вариантом осуществления.
ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 - корпус электрической зубной щетки, 10 - электродвигатель, 11 - вращающийся вал, 12 - управляющая схема, 121 - запоминающее устройство, 122 - таймер, 123 - схема измерения тока, 13 - перезаряжаемая аккумуляторная батарея, 14 - катушка, 2 - вибрационный элемент, 20 - часть с хвостовиком, 200 - хвостовик, 201 - держатель, 202 - упругий элемент, 202А - выступающая часть, 203 - опора, 21 - часть со щеткой, 210 - щетка, 30 - эксцентриковый вал, 300 - груз, 40 - траектория, S - переключатель.
НАИЛУЧШИЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В дальнейшем соответствующие варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны со ссылкой на фигуры в качестве иллюстрации.
(Первый вариант осуществления)
<Конструкция электрической зубной щетки>
Конструкция электрической зубной щетки будет описана со ссылкой на фиг.1, фиг.2 и фиг.3. Фиг.1 представляет собой вид в перспективе, показывающий внешний вид электрической зубной щетки, фиг.2 представляет собой сечение, показывающее внутреннюю конструкцию электрической зубной щетки, и фиг.3 представляет собой блок-схему.
Электрическая зубная щетка включает в себя корпус 1 электрической зубной щетки (в дальнейшем просто называемый «корпусом 1»), содержащий электродвигатель 10, служащий в качестве источника движущей силы, и вибрационный элемент 2, имеющий щетку 210. Корпус 1 имеет по существу цилиндрическую форму, а также служит в качестве части, представляющей собой ручку и предназначенной для захвата ее рукой пользователя при чистке его/ее зубов щеткой.
Корпус 1 снабжен переключателем S, предназначенным для включения/выключения питания и для переключения режимов работы. Во внутренней части корпуса 1 предусмотрены электродвигатель 10, служащий в качестве источника движущей силы, управляющая схема 12, предназначенная для регулирования частоты вращения электродвигателя 10, перезаряжаемая аккумуляторная батарея 13, служащая в качестве источника питания с напряжением 2,4 В, катушка 14 для зарядки и тому подобное. Для зарядки перезаряжаемой аккумуляторной батареи 13 корпус 1 просто устанавливают на зарядном устройстве (непоказанном) так, что бесконтактная зарядка осуществляется посредством электромагнитной индукции. Как показано на фиг.11, управляющая схема 12 имеет центральный процессор (центральное процессорное устройство) 120, запоминающее устройство 121 для хранения программ и множества разных заданных значений, таймер 122 и тому подобное.
Вибрационный элемент 2 включает в себя часть 20 с хвостовиком, прикрепленную к стороне корпуса 1, и часть 21 со щеткой, прикрепленную к данной части 20 с хвостовиком. Щетка 20 заделана в рабочий конец части 21 со щеткой. Часть 21 со щеткой представляет собой расходный материал и, следовательно, выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность ее отделения от части 20 с хвостовиком, так что она может быть заменена новой частью.
Часть 20 с хвостовиком выполнена с конфигурацией с хвостовиком 200 и держателем 201, изготовленным из полимерного материала, и упругим элементом 202, изготовленным из эластомера. Упругий элемент 202 предпочтительно образован за одно целое с хвостовиком 200 и держателем 201 посредством формования со вставкой. Упругий элемент 202 расположен между хвостовиком 200 и держателем 201 и включает в себя множество (например, три) выступающих частей 202А, которые выступают через множество сквозных отверстий, выполненных в держателе 201. Часть 20 с хвостовиком установлена в заданном положении относительно наружного «кожуха» корпуса 1 посредством контакта трех выступающих частей 202А упругого элемента 202 в трех точках. Таким образом, вибрационный элемент 2 в данном варианте осуществления установлен на корпусе 1 с упругим элементом 202, расположенным между вибрационным элементом 2 и корпусом 1.
Хвостовик 200 представляет собой трубчатый элемент, который закрыт на рабочем конце (конце со стороны щетки) и имеет опору 203 на рабочем конце во внутренней части трубки. Рабочий конец эксцентрикового вала 30, соединенного с вращающимся валом 11 электродвигателя 10, вставлен в опору 203 хвостовика 200. Данный эксцентриковый вал 30 имеет груз 300 вблизи опоры 203, и центр тяжести эксцентрикового вала 30 смещен от центра вращения. Следует отметить, что очень малый зазор предусмотрен между рабочим концом эксцентрикового вала 30 и опорой 203.
<Основы работы электрической зубной щетки>
Будут описаны основы работы электрической зубной щетки.
Во включенном состоянии центральный процессор 120 подает широтномодулированный сигнал (ШИМ-сигнал) электродвигателю 10 на вращение вращающегося вала 11 электродвигателя 10. Эксцентриковый вал 30 также вращается вместе с вращением вращающегося вала 11, при этом эксцентриковый вал 30 движется так, что он поворачивается вокруг центра вращения, поскольку центр тяжести смещен. Следовательно, рабочий конец эксцентрикового вала 30 неоднократно сталкивается с внутренней стенкой опоры 203 для обеспечения возможности вибрации хвостовика 200 и части 21 со щеткой, прикрепленной к нему, с высокой частотой. Другими словами, эксцентриковый вал 30 служит в качестве механизма передачи движения (механизма преобразования движения), предназначенного для преобразования выхода (вращения) электродвигателя 10 в вибрацию вибрационного элемента 2. Зубной налет может быть удален посредством удерживания корпуса 1 рукой и размещения быстро вибрирующей щетки 210 у зубов. Следует отметить, что центральный процессор 120 контролирует продолжительность работы посредством использования таймера 122 и автоматически прекращает вибрацию щетки после истечения заданного времени (например, двух минут).
В электрической зубной щетке в данном варианте осуществления эксцентриковый вал 30, который представляет собой механизм передачи движения, содержится в вибрационном элементе 2, и, в частности, груз 300 расположен вблизи щетки 210. Следовательно, может быть обеспечена эффективная вибрация части щетки 210. С другой стороны, поскольку вибрационный элемент 2 (часть 20 с хвостовиком) смонтирован на корпусе 1 с упругим элементом 202, расположенным между вибрационным элементом 2 и корпусом 1, вибрация вибрационного элемента 2 почти не передается корпусу 1. Это может обеспечить уменьшение вибрации корпуса 1 и руки во время чистки зубов щеткой, в результате чего повышается удобство и простота использования.
<Объяснение вибрационной характеристики>
В электрической зубной щетке в данном варианте осуществления вращательное движение эксцентрикового вала 30 используется для генерирования вибрации щетки 210. В случае подобного принципа приведения в действие щетка 210 может вибрировать двумерно в плоскости, вертикальной по отношению к вращающемуся валу электродвигателя. Фиг.4 схематически показывает траекторию вибрации щетки (ось Х: вращающийся вал электродвигателя, ось Y: направление, вертикальное по отношению к вращающемуся валу и параллельное передней поверхности щетки, ось Z: направление, вертикальное по отношению к передней поверхности щетки). В примере, показанном на фигуре, щетка 210 вибрирует в плоскости YZ вдоль эллиптической траектории 40. Передняя поверхность щетки соотносится с виртуальной плоскостью, которая ортогональна к волокнам щетки и находится у концевой части волокон.
Электрическая зубная щетка в данном варианте осуществления имеет вибрационную характеристику, подобную показанной на фиг.5. Следует отметить, что фиг.5 показывает зависимость между частотой и амплитудой в состоянии, в котором нагрузка, составляющая 100 г, приложена к щетке в направлении оси Z. По горизонтальной оси указана частота [Гц], по вертикальной оси указана амплитуда [мм], сплошная линия на графике показывает амплитуду в направлении оси Y (поперечном направлении), и пунктирная линия на графике показывает амплитуду в направлении оси Z (продольном направлении).
Как можно понять из графика на фиг.5, электрическая зубная щетка в данном варианте осуществления имеет, по меньшей мере, две резонансные точки (резонансные частоты), при этом направления резонанса в данных резонансных точках отличаются друг от друга. В частности, в резонансной точке (первая резонансная точка: приблизительно 100 Гц) со стороны более низких частот резонанс происходит в направлении оси Y, которое представляет собой направление резонанса, параллельное передней поверхности щетки, в то время как в резонансной точке (вторая резонансная точка: приблизительно 200 Гц) со стороны более высоких частот резонанс происходит в направлении оси Z, которое представляет собой направление резонанса, вертикальное по отношению к передней поверхности щетки.
Причина, по которой может возникать множество резонансов, которые различаются по направлению, может заключаться в том, что они сильно зависят от конструкции электрической зубной щетки или принципа приведения ее в действие. Авторы настоящего изобретения повторили эксперименты с разными эксцентриковыми валами и конструкциями зубных щеток и затем обнаружили, что первая резонансная точка характеризуется тем, что она главным образом зависит от механизма передачи движения, и что вторая резонансная точка характеризуется тем, что главным образом зависит от щетки. Другими словами, было установлено, что частоту и амплитуду в первой резонансной точке можно регулировать посредством изменения конструкции и формы механизма передачи движения (просто местоположения, размера, веса и т.д. груза эксцентрикового вала) и что частоту и амплитуду во второй резонансной точке можно регулировать посредством изменения конструкции и формы щетки.
В режиме работы, в котором используется первая резонансная точка (в дальнейшем названном «режимом работы с первым резонансом»), как можно понять из фиг.5, не происходит почти никакой вибрации в направлении оси Z, так что траектория щетки имеет форму прямой линии, по которой она совершает возвратно-поступательное движение в направлении оси Y. В режиме работы, в котором используется вторая резонансная точка (в дальнейшем названном «режимом работы со вторым резонансом»), происходит резонанс в направлении оси Z, а также появляется амплитуда в направлении оси Y, так что траектория щетки имеет форму эллипса, имеющего более длинную ось в направлении оси Z.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что очень хороший эффект чистки щеткой зубодесневых карманов может быть достигнут за счет вибрации щетки в переходном состоянии, когда происходит переключение режима работы с первым резонансом и режима работы со вторым резонансом.
Посредством исследования движения щетки при попеременном переключении режима работы с первым резонансом и режима работы со вторым резонансом было установлено, что щетка имеет траекторию, подобную показанной на фиг.6 и 7. Фиг.6 представляет собой схему, показывающую траекторию щетки в плоскости YZ, и фиг.7 представляет собой схему, показывающую каждый из компонентов YZ траектории. В данном примере попеременное переключение режима работы с первым резонансом и режима работы со вторым резонансом происходит каждые 0,3 секунды. Как показано на фиг.7, можно понять, что при переключении каждого режима работы амплитуды частот в направлениях по осям YZ изменяются, и, соответственно, щетка совершает неравномерное движение. Данное неравномерное движение щетки позволяет щетинкам щетки касаться обрабатываемой части под разными углами, что предположительно является причиной, по которой эффект удаления зубного налета будет лучше по сравнению с чисткой щеткой в одном направлении.
Следует отметить, что в данном примере период, соответствующий переходному состоянию, в котором режим работы с первым резонансом (низкая частота) переключается на режим работы со вторым резонансом (высокая частота), составляет приблизительно 0,07 секунды, и период, соответствующий переходному состоянию, в котором режим работы со вторым резонансом переключается на режим работы с первым резонансом, составляет приблизительно 0,14 секунды. Переключение с режима работы со вторым резонансом на режим работы с первым резонансом занимает более продолжительное время вследствие эффекта инерции.
Было обнаружено, что, для усиления эффекта удаления зубного налета посредством использования неравномерного движения зубной щетки в переходном состоянии данным образом, доля периода, соответствующего переходному состоянию, в периоде работы щетки должна быть увеличена посредством переключения режима работы с высокой скоростью.
<Описание режима работы>
Электрическая зубная щетка в данном варианте осуществления имеет множество режимов работы, имеющих соответствующие разные задающие частоты. Каждый раз, когда переключатель S нажимают из выключенного состояния, режимы работы переключаются по порядку, и при завершении одного цикла возвращается состояние выключения. Как показано на фиг.3, заданные значения, соответствующие соответствующим режимам работы, сохранены заранее в запоминающем устройстве 121. Данные заданные значения представляют собой параметры, соответствующие соответствующим задающим частотам для режимов работы, и их конкретные числовые величины определены на основе результатов экспериментов, подобных показанным на фиг.5.
При переключении режима работы центральный процессор 120 считывает соответствующее заданное значение из запоминающего устройства 121 и определяет отношение длительности импульса к периоду повторения для широтномодулированного сигнала в соответствии с данным значением. По мере увеличения отношения длительности импульса к периоду повторения частота вращения электродвигателя 10 становится больше, и частота щетки 210 также становится выше. Таким образом, в данном варианте осуществления управляющая схема 12 служит в качестве средства управления для управления выходом (частотой вращения) электродвигателя 10 и частотой щетки 210.
(1) Режим работы с первым резонансом
Режим работы с первым резонансом представляет собой режим работы, в котором используется первая резонансная точка. Задающая частота установлена равной первой резонансной точке (приблизительно 100 Гц) или в ее окрестности. В режиме работы с первым резонансом используется широтномодулированный сигнал, имеющий отношение длительности импульса к периоду повторения, соответствующее приблизительно 50%. В режиме работы с первым резонансом амплитуда в направлении оси Y (поперечном направлении) щетки 210 увеличивается по сравнению с нормальным режимом работы, в результате чего усиливается эффект удаления зубного налета и улучшается ощущение лечебной обработки. В частности, в режиме работы с первым резонансом щетинки щетки 210 перемещаются с короткими ходами в направлении, параллельном обрабатываемой части, так что предполагается, что хороший эффект чистки щеткой будет достигнут для зубодесневых карманов.
(2) Режим работы со вторым резонансом
Режим работы со вторым резонансом представляет собой режим работы, в котором используется вторая резонансная точка. Задающая частота установлена равной второй резонансной точке (приблизительно 200 Гц) или в ее окрестности. В режиме работы со вторым резонансом используется широтномодулированный сигнал, имеющий отношение длительности импульса к периоду повторения, соответствующее приблизительно 90%. В режиме работы со вторым резонансом амплитуда в направлении оси Z (продольном направлении) щетки 210 увеличивается по сравнению с нормальным режимом работы, в результате чего усиливается эффект удаления зубного налета и улучшается ощущение лечебной обработки. В частности, в режиме работы со вторым резонансом щетинки щетки 210 перемещаются с короткими ходами в направлении, вертикальном по отношению к обрабатываемой части, так что предполагается, что хороший эффект чистки щеткой будет достигнут для зон между зубами, зубодесневых карманов и поверхностей зубов.
(3) Нормальный режим работы
Нормальный режим работы представляет собой режим работы, в котором резонанс не используется. Задающая частота установлена в интервале между первой резонансной точкой и второй резонансной точкой (например, 150 Гц). Следует отметить, что множество фаз нормального режима работы, таких как соответствующие частотам 120 Гц, 140 Гц, 160 Гц, 180 Гц, может быть задано, и переключение их может быть осуществлено посредством переключателя S. Предпочтительно нормальный режим работы задан при частоте, которая меньше первой резонансной точки, или частоте, более высокой, чем вторая резонансная точка.
(4) Режим работы с переключением резонансов
Режим работы с переключением резонансов представляет собой режим работы, в котором режим работы с первым резонансом и режим работы со вторым резонансом попеременно повторяются с короткими интервалами времени. В режиме работы с переключением резонансов, в котором режим работы с первым резонансом и режим работы со вторым резонансом повторяются, отношение длительности импульса к периоду повторения для широтномодулированного сигнала рассчитывают исходя из заданного значения для каждого режима работы с резонансом, которое сохранено в запоминающем устройстве 121. Заданное значение, сохраненное в запоминающем устройстве 121 для режима работы с переключением резонансов, представляет собой время работы в каждом режиме работы с резонансом.
Если время работы в каждом режиме работы с резонансом составляет 0,3 секунды, как показано на фиг.8А, выход широтномодулированного сигнала переключается между отношениями длительности импульса к периоду повторения, соответствующими режиму работы с первым резонансом и режиму работы со вторым резонансом, каждые 0,3 секунды. Если предположить, что состояние перехода от режима работы с первым резонансом к режиму работы со вторым резонансом продолжается в течение приблизительно 0,07 секунды, и что состояние перехода от режима работы со вторым резонансом к режиму работы с первым резонансом продолжается в течение приблизительно 0,14 секунды, как описано выше, период устойчивой работы в режиме работы с первым резонансом составляет приблизительно 0,16 секунды, и период устойчивой работы в режиме работы со вторым резонансом составляет приблизительно 0,23 секунды, как показано на фиг.8В. Весь период, соответствующий переходному состоянию, составляет приблизительно 0,21 секунды и занимает приблизительно треть всей продолжительности работы. В подобном режиме работы три вида чистки щеткой, а именно операции чистки щеткой, имеющие большую амплитуду в соответствующих периодах устойчивой работы в режимах работы с первым и вторым резонансами, и неравномерная чистка щеткой в переходном состоянии, имеют место в соответствующих промежутках времени, эквивалентных друг другу. Данные операции чистки щеткой приводят к соответствующим разным типам эффекта от чистки щеткой, так что соответствующие эффекты от чистки щеткой могут быть достигнуты одновременно в данном режиме работы.
Следует отметить, что интервал переключения между режимом работы с первым резонансом и режимом работы со вторым резонансом может не всегда составлять 0,3 секунды. Например, переключение может происходить с интервалами, составляющими 0,2 секунды или 0,4 секунды. Рабочие состояния щетки в случае переключения с интервалами, составляющими 0,2 секунды и 0,4 секунды, показаны соответственно на фиг.9А и 9В.
Как показано на фиг.9А, когда переключение происходит с интервалами, составляющими 0,2 секунды, период устойчивой работы в режиме работы с первым резонансом составляет приблизительно 0,06 секунды и период устойчивой работы в режиме работы со вторым резонансом составляет приблизительно 0,13 секунды. Весь период, соответствующий переходному состоянию, составляет приблизительно 0,21 секунды и занимает приблизительно половину всей продолжительности работы.
Как показано на фиг.9В, когда переключение происходит с интервалами, составляющими 0,4 секунды, период устойчивой работы в режиме работы с первым резонансом составляет приблизительно 0,26 секунды и период устойчивой работы в режиме работы со вторым резонансом составляет приблизительно 0,33 секунды. Весь период, соответствующий переходному состоянию, составляет приблизительно 0,21 секунды и занимает приблизительно четверть всей продолжительности работы.
Интервал переключения может быть более продолжительным или менее продолжительным, чем вышеуказанные. Однако, если интервал переключения является слишком продолжительным, доля периода, соответствующего переходному состоянию, в общем времени работы становится малой, так что не может быть достигнут достаточный эффект удаления зубного налета, вызываемый операцией неравномерной чистки щеткой. Наоборот, когда интервал переключения слишком короткий, не обеспечивается устойчивая работа в режиме работы с резонансом. То, что работа является неустойчивой в режиме работы с резонансом, означает, что амплитуда в переходном состоянии не будет достаточно большой, и означает, что достаточный эффект удаления зубного налета не будет достигнут.
Кроме того, интервал работы с переключением может варьироваться от одного режима работы с резонансом до другого. Например, предполагается, что период работы в режиме работы с первым резонансом задан равным 0,24 секунды и период работы в режиме работы со вторым резонансом задан равным 0,17 секунды. Состояние работы щетки в данном случае показано на фиг.9С. При данной уставке период устойчивой работы в режиме работы с первым резонансом составляет приблизительно 0,10 секунды, период устойчивой работы в режиме работы со вторым резонансом составляет приблизительно 0,10 секунды, и суммарный период, соответствующий переходному состоянию, составляет приблизительно 0,21 секунды. Это такая уставка, при которой отношение периода, соответствующего переходному состоянию, к периоду устойчивой работы составляет один к одному и при которой периоды устойчивой работы в режимах работы с первым и вторым резонансами равны друг другу.
Кроме того, переключение может выполняться с высокой скоростью, так что почти все время работы будет соответствовать переходному состоянию. Другими словами, предполагается, что период работы в режиме работы с первым резонансом задан равным 0,16 секунды и период работы в режиме работы со вторым резонансом задан равным 0,09 секунды, так что период устойчивой работы в каждом из режимов работы с первым и вторым резонансами составляет, например, 0,02 секунды. Состояние работы щетки в данном случае показано на фиг.9D. При данной уставке период, соответствующий переходному состоянию, может занимать почти весь период работы (0,21/0,25).
Таким образом, множество разных операций может быть выполнено посредством задания соответствующих интервалов переключения.
Как описано выше, в соответствии с настоящим изобретением переходное состояние во время переключения между множеством режимов работы с резонансами, имеющих соответствующие разные направления резонанса, используется для осуществления неравномерной вибрации щетки, чтобы тем самым повысить способность к удалению зубного налета и улучшить ощущение лечебной обработки. Использование резонанса обеспечивает увеличение амплитуды вибраций щетки в переходном состоянии. Кроме того, время работы с высокой частотой для достижения эффекта удаления зубного налета уменьшается, так что стимулирующее воздействие на десны может быть смягчено. Кроме того, поскольку множество режимов работы с резонансом реализуется только посредством регулирования частоты вращения электродвигателя, не требуется никакого специального механизма или компонента в системе привода или передаточной системе. Следовательно, отсутствуют причины, вызывающие усложнение конструкции и увеличение стоимости электрической зубной щетки. Кроме того, использование явления резонанса может обеспечить увеличение амплитуды (повышение способности к удалению зубного налета) при энергопотреблении, эквивалентном энергопотреблению при нормальном режиме работы, и, таким образом, является эффективным.
(Второй вариант осуществления)
В предшествующем первом варианте осуществления используется одно заданное значение (одна уставка) в каждом режиме работы. Тем не менее, как показано на фиг.10, когда нагрузка, действующая на щетку, изменяется, вибрационная характеристика щетки изменяется и положение резонансной точки изменяется. Фиг.10 показывает вибрационную характеристику в случае нагрузки, составляющей 250 г, при этом первая резонансная точка появляется в окрестности частоты, составляющей 110 Гц, и вторая резонансная точка появляется в окрестности частоты, составляющей 250 Гц. Можно понять, что значения частоты в обеих резонансных точках увеличиваются по сравнению с ситуацией с нагрузкой, составляющей 100 г (фиг.5). Следовательно, во втором варианте осуществления осуществляется измерение нагрузки, действующей на щетку, так что частота вращения электродвигателя регулируется в соответствии с величиной нагрузки.
Фиг.11 представляет собой блок-схему электрической зубной щетки во втором варианте осуществления. Она отличается от первого варианта осуществления тем, что предусмотрена схема 123 измерения тока и что множество заданных значений (уставок), соответствующих величинам нагрузок, сохранены в запоминающем устройстве 121.
Схема 123 измерения тока представляет собой схему для измерения величины тока электродвигателя 10. Чем сильнее щетку прижимают к поверхности зубов, тем больше станет нагрузка, действующая на щетку. В этом случае по мере увеличения нагрузки, действующей на щетку, нагрузка на электродвигатель 10 также увеличивается и величина тока, проходящего через электродвигатель 10, возрастает. Следовательно, центральный процессор 120 может оценить величину нагрузки, действующей на щетку 210, на основе результата измерений, полученного из схемы 123 измерения тока.
Заданные значения, соответствующие нагрузкам, находящимся в интервале от 70 г до 250 г, сохранены в запоминающем устройстве 121 для каждого режима работы. В данном варианте осуществления подготовлены соответствующие заданные значения, соответствующие значениям (характерным значениям) заданных нагрузок, таких как нагрузки, составляющие 70 г, 100 г, …, 250 г. Центральный процессор 120 выбирает оптимальное значение из данных заданных значений исходя из величины нагрузки, действующей на щетку, или рассчитывает соответствующее (характеристическое) значение посредством интерполяции данных заданных значений. В том случае, когда заданное значение может быть выражено функцией величины нагрузки, также предпочтительно, чтобы параметр, отображающий данную функцию, был сохранен в запоминающем устройстве.
При изменении величины нагрузки период, соответствующий переходному состоянию, во время переключения каждого режима работы также изменяется. Следовательно, в режиме работы с переключением резонансов также изменяется соответствующее значение интервала переключения для каждого режима. При этом интервалы переключения, соответствующие величинам нагрузки, также сохранены в запоминающем устройстве 121.
При такой конфигурации частота вращения электродвигателя регулируется соответствующим образом в соответствии с величиной нагрузки, действующей на щетку, так что смещение резонансной точки, зависящее от нагрузки, может быть компенсировано и явление резонанса может быть точно продублировано. Кроме того, доля периода, соответствующего переходному состоянию, во всем периоде работы также может быть точно продублирована.
(Третий вариант осуществления)
В данном варианте осуществления с учетом того, что вибрационная характеристика изменяется в зависимости от вида щетки, определяется вид части 21 со щеткой, которая в настоящее время прикреплена, и используется вибрационная характеристика, соответствующая определенному виду. Для определения вида щетки идентифицирующая метка, которая различается в соответствии с видом щетки, предусмотрена на части 21 со щеткой. На корпусе 1 предусмотрено устройство считывания идентификационных меток, предназначенное для определения вида щетки.
Идентификационная метка может быть образована из проводящего материала, имеющего величину сопротивления, которая различается в зависимости от вида щетки. Устройство считывания идентификационных меток, предусмотренное в корпусе 1, может определять вид щетки посредством считывания величины сопротивления проводящего материала.
Альтернативно, идентификационная метка может быть образована из электромагнитного элемента, такого как постоянный магнит. Напряженность магнитного поля, действующего на устройство считывания идентификационных меток, когда щетка прикреплена, изменяется за счет изменения удельной силы магнитного поля магнита или места установки магнита в соответствии с видом щетки. Устройство считывания идентификационных меток, предусмотренное в корпусе 1, включает в себя катушку для определения напряженности силового поля наведенной электродвижущей силы, создаваемого, когда часть 21 со щеткой прикреплена. Поскольку напряженность силового поля наведенной электродвижущей силы пропорциональна напряженности магнитного поля, поданного на катушку, вид щетки может быть определен на основе наведенной электродвижущей силы.
В альтернативном варианте устройство считывания идентификационных меток может быть образовано из множества фоточувствительных элементов, и идентификационная метка может быть образована из частей с отверстиями, расположенных в местах, соответствующих фоточувствительным элементам. Местоположения отверстий изменяются в зависимости от вида щетки, так что устройство считывания идентификационных меток может определять вид щетки посредством того, от какого из фоточувствительных элементов получен свет. В том случае, когда имеются три фоточувствительных элемента, может быть идентифицировано восемь состояний (семь видов щеток и состояние без крепления).
В альтернативном варианте устройство считывания идентификационных меток может быть образовано из множества фоточувствительных элементов, которые могут определять различные виды длин волн, и идентификационная метка может быть образована из оптического фильтрующего элемента, который пропускает свет, имеющий определенную длину волны. Длина волны, пропускаемой через фильтр, изменяется в зависимости от вида щетки, так что вид щетки может быть определен.
В альтернативном варианте устройство считывания идентификационных меток может быть образовано из множества механических переключателей, и идентификационная метка может представлять собой щелеобразную прорезь или отверстие, выполненное в месте, соответствующем каждому переключателю. Местоположение прорези или отверстия варьируется в зависимости от вида щетки, так что изменяется положение переключателя, который включается в момент прикрепления. Следовательно, вид щетки может быть определен посредством определения того, какой переключатель включен.
Таким образом, вид прикрепленной части 21 со щеткой может быть определен посредством использования идентификационной метки. Следовательно, вибрационные характеристики для множества разных видов щеток сохраняются в запоминающем устройстве 121, так что может быть использована вибрационная характеристика, соответствующая виду прикрепленной щетки. Кроме того, помимо вибрационной характеристики для разных видов щеток можно варьировать режим работы. Другими словами, эффект удаления зубного налета может быть оптимизирован в соответствии с видом прикрепленной щетки.
Следует отметить, что то, прикреплена ли часть 21 со щеткой или нет, может быть определено посредством использования механизмов, подобных описанным выше. Следовательно, управление может осуществляться таким образом, что даже при нажатии кнопки «питание» не будет происходить включения питания в состоянии, в котором часть 21 со щеткой не прикреплена. В последние годы, когда электрические зубные щетки стали меньшими по размеру и удобными для перемещения, они могут быть включены непреднамеренно за счет неожиданного воздействия внешней силы при переноске или удерживании их в сумке и т.д., в результате чего создается раздражающий шум при работе или вибрация и расходуется энергия аккумуляторной батареи. Подобные проблемы могут быть устранены посредством запрещения включения питания в состоянии, в котором часть 21 со щеткой не прикреплена, как описано выше.
Кроме того, другой механизм предотвращения вышеуказанного непреднамеренного включения питания может быть следующим. В частности, может быть использован режим блокировки кнопки, в котором продолжительное нажатие кнопки «питание» предотвращает санкционирование работы кнопки. Кроме того, приведение кнопки в действие для разблокировки регистрируется пользователем заранее, так что кнопка разблокируется для обеспечения возможности включения питания только тогда, когда данная операция выполнена во время блокировки кнопки. Применимый порядок выполнения операции разблокировки может, например, состоять в нажатии кнопки «питание» три раза в течение одной секунды с последующим продолжительным нажатием в течение периода, превышающего одну секунду. Пользователь выполняет данную операцию заранее, и получающаяся в результате конфигурация сигнала затем сохраняется. В этом случае при вводе сигнала, имеющего конфигурацию, которая соответствует сохраненной во время блокировки кнопки, кнопка разблокируется. Поскольку существует малая вероятность того, что подобная сложная операция будет выполнена непреднамеренно, непреднамеренное включение питания может быть предотвращено. Операция разблокировки может представлять собой работу не одной кнопки, но может представлять собой операцию, порядок выполнения которой предусматривает использование множества кнопок.
(Модификация)
Конфигурации вышеприведенных вариантов осуществления проиллюстрированы только в качестве примеров настоящего изобретения. Числовые значения, использованные в вышеприведенном описании, показаны только в качестве иллюстрации и не ограничивают настоящее изобретение. Объем настоящего изобретения не ограничен вышеприведенными вариантами осуществления, и различные модификации могут быть выполнены в пределах объема его технической идеи.
В режиме работы с переключением резонансов в вышеприведенных вариантах осуществления происходит попеременное переключение режима работы с первым резонансом и режима работы со вторым резонансом. Однако способ переключения не ограничен указанным. Можно предположить, что причина неровной траектории щетки в переходном состоянии заключается в том, что траектории щетки в состоянии устойчивой работы различаются до и после переключения. Следовательно, эффект, аналогичный достигнутым в вышеприведенных вариантах осуществления, может быть получен при условии, что переключение происходит между режимами работы, имеющими рабочие траектории щеток, отличающиеся друг от друга.
Например, можно выполнять попеременное переключение режима работы с первым резонансом и нормального режима работы, или можно выполнять попеременное переключение режима работы со вторым резонансом и нормального режима работы. Если режим работы с резонансом будет включен или до, или после переключения данным образом, может быть получено движение щетки, имеющее большую амплитуду, в котором резонанс используется, по меньшей мере, временно. Переключение с высокой скоростью может выполняться между нормальными режимами работы, в которых резонанс не используется. В данном случае также обеспечивается неравномерное движение щетки в переходном состоянии. Кроме того, даже тогда, когда задающая частота не является резонансной частотой, в случае переключения задающей частоты до и после резонансной частоты она «проходит» через резонансную частоту в переходном состоянии, так что амплитуда щетки может быть увеличена в переходном состоянии.
Несмотря на то, что переключение происходит между двумя режимами работы в режиме работы с переключением резонансов в вышеприведенных вариантах осуществления, переключение может происходить между тремя или более режимами работы. Например, также предпочтителен порядок переключения, при котором нормальный режим работы предусмотрен между двумя режимами работы с резонансом, или порядок переключения, при котором переключение данного множества режимов работы происходит случайным образом. Кроме того, используется третья резонансная точка щетки, так что переключение происходит с высокой скоростью между тремя режимами работы, в которых используется резонанс. В данном случае переключение может происходить с высокой скоростью между любыми двумя режимами работы, выбранными из трех резонансных точек, или переключение трех режимов работы может выполняться по порядку, или переключение трех режимов работы может выполняться случайным образом.
Кроме того, режим работы, такой как режим работы с первым резонансом или режим работы со вторым резонансом, в котором используется только одна резонансная точка, может быть исключен, и может быть использован только режим работы, такой как режим с переключением резонансов, в котором переключение множества резонансных точек выполняется с высокой скоростью.