JP6842411B2 - 口腔内での使用時の口腔ケア機器のパワー（振幅）を自動的に変更するための共振システムの使用 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には共振電動口腔ケア機器に関し、特に、機器がユーザの口の中にあるかユーザの口の外にあるかに基づいて、歯ブラシのような電動口腔ケア機器の振幅を変更することが可能な非線形共振システムに関する。

電動歯ブラシ及びその他の電動口腔ケア機器は、種類及び効果が飛躍的に増大しながらも製品コストが低下したため、消費者にとってますます人気の高いものとなっている。殆どの電気口腔ケア機器は、数個の一般的な構成要素を含む。ブラシヘッドのような或る構成要素は、該ブラシヘッドを用いて、或る場合には口腔衛生製品（例えば歯磨き粉）を塗布することにより、歯、舌及び／又は歯肉をユーザが洗浄することを可能とする。ブラシヘッドは一般に、口腔ケア機器と、ユーザの歯、舌、歯肉及び口との間に、直接の相互作用を提供する。しかしながら当業者は、ブラシヘッドが以上に説明されたが、限定するものではないが、舌洗浄器、Airfloss（登録商標）のような電動フロス（flossing）機構、若しくはその他のタイプの口腔衛生要素、又はこれらの組み合わせを含む、種々のその他の口腔衛生要素が利用され得ることを認識するであろう。しかしながら、簡潔さのため、本発明の特徴を更に説明するために、ブラシヘッドが用いられる。

ブラシヘッドは一般に、種々の電子回路、システム及びコントローラを収容するハンドル部に接続された長細のシャフトに装着される。該ハンドル部はまた、共振歯ブラシシステムの場合には、シャフトを通してブラシヘッドに振動又はパルスが伝えられるようにする、１つ以上の駆動部又はアクチュエータを含み得る。これらパルス又は振動は、回転軸のまわりに又は横方向に効果的な振幅でブラシヘッドを動かす。他方、非電動歯ブラシは、ユーザが斯かる振幅を直接にもたらすことなしには、ブラシヘッドにおいていずれの振幅をも生成することができず、全体的なブラシング体験をあまり効果がなく楽しくないものとする。更に、電動口腔ケア機器は、ブラシに対して効果的な振幅範囲を持つ高周波振動を生成し得る。非電動口腔ケア機器も所望の振幅範囲に到達し得るが、そうするための時間がしばしばかなり掛かる。

同一出願人による米国特許出願2012/0246846に記載されたような幾つかの電動歯ブラシは（参照により本明細に組み込まれたものとする）、ブラシヘッドがユーザの口の中にあることの決定に応じてのみ、歯ブラシをスイッチオンさせることを可能とする。しかしながら、他の口腔ケア機器は、依然として種々の更なる欠点を持つ。例えば、効果的な歯の洗浄のために必要とされるブラシヘッドの大きな振幅のため、ユーザは、ユーザの口にブラシヘッドを入れる前に、又はパワーが依然としてオンである状態でユーザの口からブラシヘッドを出すことに応じて、望ましくない不快な歯磨き粉、水及び／又は唾液の飛び散りを体験し得る。このことは、ユーザの全体的な体験を大きく損ねてしまい得る。更に、現在の生活ペースが速い消費者に向けた市場においては、ユーザは最小限の時間及び忍耐強さしか持たず、特定の口腔ケア機器に関連する負の側面（例えば飛沫や、ユーザの口における過度の泡の生成によるブラシの再起動）が、当該特定の電動ケア機器に対するユーザの興味を失わせ得る。

従って、本発明の目的は、望ましくない歯磨き粉、水及び唾液のような望ましくない特徴を最小化しつつ、より効率が良く効果的なユーザ体験を可能とする、電動歯ブラシのような口腔ケア機器を提供することにある。本目的は、ブラシヘッドがユーザの口の中に位置しているか、ユーザの口の外に位置しているか、に依存して、口腔ケア機器のブラシヘッドの振幅を変更するよう、非線形特性を利用する、共振系を提供することにより、本発明により達成される。

第１の実施例においては、非線形共振系を利用する口腔ケア機器が提供される。該口腔ケア機器は、長手シャフト、該長手シャフトの第１の端部に配置されたブラシヘッド、及び該長手シャフトの第２の端部に配置されたハンドル部を含む。該ハンドル部は、略一定の周波数及び略一定の電圧で動作するモータを含む。該モータは、該ブラシヘッドがユーザの口の外にある状態に応答して、該ブラシヘッドのための第１の振幅を生成するよう動作可能である。該モータは更に、該ブラシヘッドが、ユーザの口の外にある状態からユーザの口の中にある状態へと変わったことに応答して、該ブラシヘッドのために第２の振幅が生成されるよう動作可能であり、該第２の振幅は該第１の振幅よりも大きい。

第２の実施例においては、口腔ケア機器のブラシヘッドの振幅を増大させる方法が提供される。該方法は、該モータは、該ブラシヘッドがユーザの口の外にある状態に応答して、該ブラシヘッドのための第１の振幅を生成することを含む。該方法はまた、ユーザの口の外にある状態からユーザの口の中にある状態へと動くブラシヘッドを含む。該方法は次いで、該ブラシヘッドが、ユーザの口の外にある状態からユーザの口の中にある状態へと動いたことに応答して、該ブラシヘッドのために第２の振幅が生成されるようにすることを含み、該第２の振幅は該第１の振幅よりも大きい。

本発明の上述した及びその他の特徴、性質、並びに種々の利点は、添付図面を参照しながら、以下の詳細な説明の考察においてより明らかとなるであろう。

種々の実施例による電動口腔ケア機器の模式的な図である。 種々の実施例による図１の電動口腔ケア機器及びその構成要素の他の模式的な図である。 種々の実施例による電動口腔ケア機器の径方向断面の模式的な図である。 種々の実施例による電動口腔ケア機器の長手方向断面の模式的な図である。 種々の実施例による、ブラシヘッドに質量をかけられた電動口腔ケア機器の長手方向断面の模式的な図である。 種々の実施例による、振動回転運動により動く電動口腔ケア機器のためのブラシヘッドの振幅の全体図である。 種々の実施例による、口の外にある状態及び口の中にある状態の両方についての、電動口腔ケア機器のブラシヘッドのための種々の振幅を生成するための工程のフロー図である。 種々の実施例によるダンパ付き駆動調和振動子の模式的な図である。 種々の実施例による線形システムにおける種々の質量についての振幅対周波数のグラフである。 種々の実施例による回転角に対する非線形ばね定数のグラフである。 種々の実施例による非線形システムについての振幅対周波数のグラフである。 種々の実施例による非線形システムについての振幅対周波数のグラフである。 種々の実施例による負荷状態及び非負荷状態についての振幅対周波数の他のグラフである。

本発明は、種々の構成要素及び構成要素の配置、並びに種々の手法、方法又は手順及びステップの配置の形をとり得る。参照される図面は、単に実施例を説明するためのものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。種々の本発明の特徴が以下に説明されるが、これらのそれぞれは、互いに独立して、又は他の特徴と組み合わせて、利用されることができる。更に、ここで用いられる「１つの」及び「その」（a、an及びthe）なる単数形は、他に明確な言及がない限り、複数の参照を含む。

ここで記載される概念は、ここで説明されるように、ブラシヘッドが負荷を掛けられていない状態（例えばユーザの口の外にある状態）にあるときには第１の振幅で、ブラシヘッドが負荷を掛けられた状態（例えばブラシングの間にユーザの口において組織及び流体がブラシヘッドに質量を掛けている状態）にあるときには第１の振幅とは異なり第１の振幅よりも大きな第２の振幅で、ブラシヘッドが動くようにする、口腔ケア機器のブラシヘッドを動かすためのアクチュエータシステムを持つ、電動口腔ケア機器を提供する。当該構成は、該記載される概念によれば、ブラシヘッドが負荷を掛けられていない状態にあり第１の振幅で動いているときには歯磨き粉や唾液等の望ましくない飛沫が生じないほど第１の振幅が十分に小さく、ブラシが負荷を掛けられた状態にあり第２の振幅で動いているときには、十分なブラシング効果をもたらすのに十分に第２の振幅が大きくなるよう、該アクチュエータシステムが構成される点で有利である。

図１Ａ乃至Ｃは、限定するものではない実施例による、電動口腔ケア機器１００の模式的な図である。限定するものではない一実施例においては、口腔ケア機器１００は、略環状であり、ハンドル部１９０の第１の端部においてブラシヘッド１３０に接続された、ハンドル部１９０を含む。ハンドル部１９０内には、ハンドル部１９０の第１の端部の近くに配置されたモータ又はアクチュエータ１４０があり、更にバッテリ１５０、及び該第１の端部の反対側であるハンドル部１９０の第２の端部に配置された充電コイル１６０がある。モータ１４０、バッテリ１６０及び充電コイル１７０は、環状のフレーム１５０内に収容される。フレーム１５０は、ハンドル部１９０内の支持を提供し、それにより、モータ１４０、バッテリ１６０及び充電コイル１７０といった内部に配置された構成要素が、適所に略固定され、口腔ケア機器１００が動作しているときに動かないようにする。ハンドル部１９０はまた、口腔ケア機器１００の種々の電気的な構成要素及び回路を含む電子基板１８０を含む。例えば、一実施例においては、ハンドル部１９０は、オン／オフボタン１９２を含む。ユーザがボタン１９２を押下すると、電子基板１８０上のボタン部材が電気的な経路を形成し、バッテリ１６０からの電荷がモータ１４０に流れて、電子基板１８０を通って口腔ケア機器１００に電力供給するようにする。一実施例においては、充電コイル１７０が、バッテリ１６０を充電するために用いられるが、充電コイル１７０は、モータ１４０及び／又は電子基板１８０に電力供給するためにも用いられ得ることは、当業者は認識するであろう。一実施例においては、ボタン１９２はハンドル部１９０には含まれず、口腔ケア機器１００がユーザの口の中に位置しているかユーザの口の外に位置しているかに基づいて、口腔ケア機器１００がスイッチオン／オフされても良い。

図２は、モータ１４０の種々の構成要素を示した該モータの分解図であり、図３及び４は、モータ１４０に収容された特定の構成要素を示すモータ１４０の２つの異なる模式的な断面図である。口腔ケア機器１００、及び特にモータ１４０は、第１の端部にブラシヘッド１３０が配置され、第２の端部にハンドル部１４０が配置された、長細のシャフト１０２を含む。シャフト１０２は、口腔ケア機器１００の中心軸に沿って延在している。幾つかの実施例においては、シャフト１０２はスピンドルを含むか、又はそれ自体がスピンドルである。

一実施例においては、ブラシヘッド１３０は、該ブラシヘッドの第１の側に配置された複数の毛を持つ。当業者は、ブラシヘッド１３０は複数の毛を含むよう記載されているが、この代わりにいずれの適切なアタッチメントが利用されても良いことを、認識するであろう。例えば、舌洗浄器又はフロスヘッドが、シャフト１０２の第１の端部に配置されたアタッチメント領域に装着されても良い。モータ１４０は、ここで詳細に説明されるモータ又はアクチュエータのような、口腔ケア機器１００の種々の構成要素を収容する。実施例においては、ハンドル部１４０は、高い透磁率を持つ長細の円筒形のケース１０４を含む。ケース１０４は、それぞれの端部キャップ１０４ａ、１０４により、各端部において境界付けられる。

ケース１０４内には、２つの永久磁石アセンブリ１１０及び１１２があり、コイル１１４が該２つの磁石アセンブリ１１０、１１２間に配置される。磁石アセンブリ１１０及び１１２は、円周方向に配置された（例えばＮ／Ｓ）幾つかの交番する極の磁石（１１１ａ及び１１１ｂ、図３参照）を持ち、各磁石１１１ａ、１１１ｂ間には磁気スペーサが配置される。一実施例においては、磁石アセンブリ１１０は磁石アセンブリ１１２と整合させられ、逆の極性の磁石１１１ａ、１１１ｂが互いに整合するようにされる。磁石アセンブリ１１０及び１１２のそれぞれについて、いずれの数の磁石１１１ａ、１１１ｂが用いられても良い。例えば、一実施例においては、アセンブリ１１０及び１１２のそれぞれについて、８個の磁石１１１ａ、１１１ｂが利用されても良く、互いと交番する４個のＮ極磁石１１１ａ及び４個のＳ極磁石１１１ｂが利用されても良い。一実施例においては、磁石アセンブリ１１０及び１１２のそれぞれについて利用される磁石１１１ａ、１１１ｂの数は、偶数個の磁石である。

モータ１４０はまた、磁石アセンブリ１１０及び１１２により囲まれた空間内に略配置された、２つの磁極アセンブリ１０６及び１０８を収容する。磁極アセンブリ１０６及び１０８はそれぞれ、シャフト１０２に隣接する環状部分のまわりに等間隔に離隔された複数の極部材１０６ａ乃至１０６ｄを含む。例えば４個、８個、１６個等のような、いずれの数の極部材１０６ａ乃至１０６ｄが用いられても良い（図１乃至４の次においては４個が示されている）。磁極アセンブリ１０６及び１０８並びにシャフト１０２は典型的には、磁性材料（例えば鉄）からつくられるが、特定の実施例においては、磁性被覆を備えた強磁性材料又は絶縁材料のような、その他の材料が用いられても良い。

図示された実施例においては、シャフト１０２の端部において端部材１１６が含まれる。一実施例においては、端部材１１６はベアリングを収容し、該ベアリングはそれ自体とシャフト１０２との間にかなり小さな間隙を持ち、これにより、モータ１４０に入り得る塵を最小化する。しかしながら、他の実施例においては、モータ１４０を囲み封止する付加的な筐体により、塵がモータ１４０に入ることが防止される。端部材１１６はまた、外部の物質（例えば埃、水）がモータ１４０に入らないようにケース１０４を「閉じ」ても良い。幾つかの実施例においては、端部材１１６は、モータ１４０の端部にねじ式に取り付け可能である。

以上に説明されたように、第１の実施例においては、モータ１４０は、ケース１０４の内側面１０５に沿って円周方向に交番する、４個の磁石１１１ａと４個の磁石１１１ｂとを含む。幾つかの実施例においては、磁石１１１ａ及び１１１ｂのそれぞれの間には磁気スペーサ１１３があり、８個の磁気スペーサ１１３が、ケース１０４に亘る８個の均等に離隔された位置にあり、磁石１１１ａ及び１１１ｂの一方が、交番する極構成においてスペーサ１１３の一方の側に位置する。一実施例においては、磁気スペーサ１１３は、磁石１１１ａ及び１１１ｂのそれぞれの間にある空の空間（例えば空気）である。しかしながら、当業者は、磁石１１１ａ及び１１１ｂのそれぞれの間に、かなり低い磁場が存在するようにする、いずれの材料が磁気スペーサ１１３のために用いられても良いことを、認識するであろう。例えば、磁気スペーサ１１３は、空の空間であっても良いし、又は絶縁材料、非伝導材料、若しくは低い透磁率を持つ材料であっても良い。

実施例においては、磁極アセンブリ１０６は、４個の磁気回転極アセンブリ１０６ａ乃至ｄを含む。各極部材１０６ａ乃至ｄは、シャフト１０２に隣接する環１０７のまわりに等間隔に離隔されている。当業者は、異なる極アセンブリについては極の数は異なっても良く、４つの極の使用は単に例であることを、認識するであろう。極部材ａ１０６乃至ｄは、８個の異なる好適なコギング位置の１つであっても良い、第１の「コギング（cogging）」位置に配置される。環１０７から径方向外側へと延在する各極部材１０６ａ乃至ｄの端部においては、閉じた磁束ループ１２０がある。磁束ループ１２０は、極部材１０６ａ乃至ｄの端部、磁石１１ａ、１１１ｂ及びケース１０４を通過する。コギング効果は、１５度といった特定の角度の回転内でばね機能をもたらし、角度の増大とともに、好適なコギング位置へのばね機能の回復力は低下する。しかしながら、回転の角度は設計に依存し、上述のものは単に例である。極アセンブリ１０８は、上述の極アセンブリ１０６と同様の構造を持ち、従ってそれ自体の極部材を含む。

電流がコイル１１４を通って送られると、ケース１０４の中に磁場が生成される。電流がコイル１１４を流れると、磁極アセンブリ１０６内に磁極が形成され、磁極アセンブリ１０８内には反対の磁極が形成される。各磁極アセンブリの極性（例えばＮ、Ｓ）は、コイル１１４を流れる電流の方向に依存する。本実施例においては、コイル１１４により形成される磁場は、上側の黒点線のループにおいて時計回りに進み、下側の黒点線のループにおいて反時計回りに進むか、又はその逆である。磁気アセンブリ１１０及び１１２の構成は、引力及び斥力がいずれも同じ方向にシャフト１０２を押し、図４における黒線のループにより示されるように、対応する磁気アセンブリ１１０、１１２、極アセンブリ１０６、１０８、ケース１０４及びシャフト１０２を通って閉じた磁気ループが形成されるようなものである。実施例においては、ケース１０４並びに極アセンブリ１０６及び１０８のために用いられる材料は、非常に高い透磁率を持つ。透磁率が高いほど、モータ定数が大きくなるが、アクチュエータの剛性は低下する。アクチュエータの剛性は、極アセンブリ１０６、１０８の極の数、及び／又は永久磁石アセンブリ１１０、１１２の数を増やすことにより、増大する。

交流電流がコイル１１４を流れると、極アセンブリ１０６、１０８、シャフト１０２、磁気アセンブリ１１０、１１２及びケース１０４を通る交流磁場が生成される。磁石１１０及び１１２と並ぶ磁気アセンブリ１１０、１１２は、磁石１１１ａ、１１１ｂに対する極部材１０６ａ乃至ｄの極の位置、及び極部材１０６ａ乃至ｄの極性に依存して、極アセンブリ１０６及び１０８の極部材１０６ａ乃至ｄを反発させるか引き寄せるように作用する。当該交番する磁場及び極部材１０６ａ乃至ｄの求引／反発は、所望の振幅で周期的にシャフト１０２を振動させる。

図５は、種々の実施例による、質量ｍがブラシヘッド１３０に掛けられた、電動口腔ケア機器１００の長手方向断面の模式的な図である。質量ｍは、ユーザの口のなかにあるときにユーザの歯に対して押し付けられたときに、ブラシヘッド１３０に掛けられる質量に対応する。例えば、質量ｍは、ブラシヘッド１３０に掛けられた歯磨き粉、水及び／又は唾液の１つ以上に応答して、ブラシヘッド１３０により感じられる付加的な質量に対応しても良い。質量がブラシヘッド１３０に掛けられると、ブラシヘッド１３０の振幅は増大する。ブラシヘッド１３０の振幅及び極アセンブリ１０６及び１０８の回転角は略同じであり、従ってブラシヘッド１３０の振幅が増大すると、回転慣性の増大のため、極アセンブリ１０６及び１０８の回転角も増大する。質量が取り除かれると、ブラシヘッド１３０の振幅は減少し、有効磁気ばね定数が増大することによる回転慣性の減少のため、極アセンブリ１０６及び１０８の角度も減少する。

図６は、図示された実施例による固定された回転軸のまわりに回転するときの、回転方向に動く電動口腔ケア機器１００のブラシヘッド１３０の振幅を模式的に示す。例えば、上述した電動口腔ケア機器１００のアクチュエータに矩形波通電信号が入力されると、磁気アセンブリ１１０及び１１２が、該矩形通電信号の第１の部分の間は第１の方向（例えば時計回り）に、該矩形通電信号の第２の部分の間は第２の方向（例えば反時計回り）に、シャフト１０２の長軸のまわりにシャフト１０２を回転させる。

ブラシヘッド１３０が第１の方向から第２の方向へと動くとき、ブラシヘッド１３０の並進運動は、該ブラシヘッドが第１の位置へと回転し、次いで第２の位置へと回転するときの、ブラシヘッド１３０の経路を表す、線３００により示され得る。第１の位置へと回転するとき、ブラシヘッド１３０は、「ゼロ」位置即ち中心位置から、角度αだけの回転を介して、第１の位置へと動く。幾つかの実施例においては、該ゼロ位置は、好適なコギング位置の１つに対応する。ブラシヘッド１３０は、第１の位置からゼロへと動く矩形通電波に応じて、αの角度だけ第２の方向に回転し、ゼロ位置に戻る。矩形通電波が第２の位置へと動くと、ブラシヘッド１３０は、更に角度αだけ第２の方向に回転する。矩形通電波の第２の位置の後、該波はゼロに戻り、ブラシヘッド１３０を、第１の方向に角度αだけ再び回転させ、ゼロ位置へと戻させる。この工程は、口腔ケア機器１００の動作の間じゅう繰り返し、ブラシヘッド１３０の動きの経路をもたらしても良い。

ブラシヘッド１３０が回転する角度αは、幾つかの実施例においては、ブラシヘッド１３０の振幅の半分として示される。例えば、振幅が１０度である場合、αが５度であることに対応し、ブラシヘッド１３０は、「ゼロ」位置から時計回りに５度振動し、また「ロ」位置から反時計回りに５度振動することとなる。一実施例においては、ブラシヘッド１３０は、５度と１０度との間の振幅を持ち、即ちαは２．５度と５度との間である。別の実施例においては、ブラシヘッド１３０は、１０度と２０度との間の振幅を持ち、即ちαは５度と１０度との間である。しかしながら、いずれの振幅もが利用されても良く、振幅はいずれの因子の数字に基づくものであっても良いこと（例えばコギング位置の数）を、当業者は認識するであろう。

他所で言及されるように、幾つかの実施例においては、ブラシヘッド１３０の振幅は、口腔ケア機器１００及び／又はブラシヘッド１３０自体についての種々の条件に依存する。例えば、ここで説明される概念の一態様によれば、口腔ケア機器１００は、ブラシヘッド１３０は、ユーザの口の中に位置させられたときに、ユーザの口の外に位置させられたときよりも、大きな振幅を持つよう構成される。ブラシヘッド１３０が、ユーザの口の外に位置しているときに、歯磨き粉、水及び／又は唾液による飛び散りの量が低減されるため、このことはユーザにとって有益である。

一実施例においては、口腔ケア機器１００は、負荷のない状態（例えば口の外にある状態）の場合に、第１の振幅を持つ。例えば、負荷のない状態においては、口腔ケア機器１００は、かなり小さな振幅を持つ。かなり小さな振幅を持つことにより、口腔ケア機器１００は、「オン」にされてはいるがブラシングのために積極的に利用されてはいない口腔ケア機器１００により生じ得る、無用な飛び散りを低減させることができる。特定の実施例においては、負荷のない状態における第１の振幅は、１０度よりも小さな振幅又は５度よりも小さな角度αに対応するが、このことは単なる例であることは、当業者は理解するであろう。第１の振幅は、最小限の飛び散りしか生じないために十分に小さい、いずれかの振幅に対応する。例えば、負荷のない状態における第１の振幅は、４度（即ちαが２度）であり得、該振幅は、最小限の飛び散りしか起こさないために十分に小さいものでありながら、該口腔ケア機器がオンであることをユーザが認識するのには十分に大きいものであり得る。

幾つかの実施例においては、口腔ケア機器１００は、負荷のある状態（例えば口の中にある状態）にある場合に、第２の振幅を持つ。例えば、負荷のある状態においては、口腔ケア機器１００は、負荷のない状態における振幅よりも大きな振幅を持つ。該振幅は、ユーザの歯、歯肉等を効果的に洗浄するのに十分に大きいものとなるため、効果的なブラシング体験をユーザが持つことを可能とし得る。例えば、該第２の振幅は、９度と１２度との間であり、αが４．５度と６度との間であっても良い。他の例としては、該第２の振幅は、１０度と２０度との間であり、αが５度と１０度との間であっても良い。しかしながら、いずれの振幅の値、即ちいずれのαの値が用いられても良く、以上のものは単なる例であることは、当業者は認識するであろう。負荷のない状態に対する負荷のある状態の振幅の比は、限定するものではないが、口の外にあるときの振幅と口の中にあるときの振幅との有効な差がユーザによって体感される限り、約２：１、３：１、３：２、４：１である。

２つの状態についての２つの値のみが記載されたが、いずれの数の状態に対するいずれの数の振幅が用いられても良いことは、当業者は認識するであろう。例えば、負荷のない状態は、口腔ケア機器１００が歯磨き粉又は水がない状態でオンにされているのか、又は口腔ケア機器１００が歯磨き粉又は水がある状態でオンにされているのか、に依存して、２つの異なるレベルを持っても良い。

一実施例においては、口腔ケア機器１００は、口腔ケア機器１００がユーザの口の外にあるかユーザの口の中にあるかに基づく該口腔ケア機器の慣性モーメントの変化の結果として、第１の振幅から第２の振幅へと自動的に切り換える。例えば、口腔ケア機器１００がユーザの口の外にある場合、口腔ケア機器１００は、第１の慣性モーメントを持つ。口腔ケア機器１００がユーザの口の中にある場合には、水、唾液、ユーザの歯肉、歯磨き粉、ユーザの頬、口腔粘膜、及び口の軟組織が、口腔ケア機器１００が第２の慣性モーメントを持つようにし得、このことが口腔ケア機器１００を自動的に第１の振幅から第２の振幅を持つようにと自動的に切り換えさせる。

図７は、種々の実施例による、口の外にある状態及び口の中にある状態の両方についての、電動口腔ケア機器１００の例のブラシヘッド１３０のための種々の振幅を生成するための処理のフロー図である。処理４００は、幾つかの実施例においては、ステップ４０２において開始する。ステップ４０２において、電動口腔ケア機器１００のために第１の慣性モーメントが決定される。例えば、口の外の環境状態にある図１の口腔ケア機器１００は、一般にユーザの口に関連する水、歯、歯肉又はその他のオブジェクトのブラシヘッド１３０上又はブラシヘッド１３０の近くにおける不在により特徴付けられ、このことが口腔ケア機器１００が第１の慣性モーメントを持つようにさせる。

ステップ４０４において、第１の慣性モーメント４０２の結果として及び該第１の慣性モーメントに基づいて、口腔ケア機器１００のブラシヘッド１３０のために第１の振幅が生成される。例えば、第１の慣性モーメント４０２は、上述したように、ユーザの口の外にある口腔ケア機器１００に対応しても良い。この状況においては、口腔ケア機器１００のブラシヘッド１３０は、第１の慣性モーメント４０２に対応する第１の振幅４０４を持つ。ステップ４０６において、口腔ケア機器１００により環境状態の変化が感知され、このことが次いで、口腔ケア機器１００が第２の慣性モーメントを持つようにさせる。例えば、ユーザの口の外にある状態からユーザの口の中にある状態へのブラシヘッド１３０の変化が、口腔ケア機器１００の環境状態の変化に対応しても良い。

ステップ４０８において、口腔ケア機器１００のための第２の慣性モーメントが決定される。幾つかの実施例においては、該第２の慣性モーメントは、ユーザの口の中にあり、従ってユーザの歯、歯肉、水、歯磨き粉、ユーザの頬、口腔粘膜、口の軟組織及び／又は唾液と相互作用する、口腔ケア機器１００に対応する。幾つかの実施例においては、第２の慣性モーメント４０８は、ステップ４０６において示された環境状態変化に基づいて、及び該変化の結果として決定される。例えば、口腔ケア機器１００がユーザの口の中に位置させられた場合、ユーザの歯、歯肉、水、歯磨き粉、ユーザの頬、口腔粘膜、口の軟組織及び／又は唾液が、ブラシヘッド１３０に質量が追加されたかのように作用する。ブラシヘッド１３０における該追加的な質量は、第１の慣性モーメント４０２から第２の慣性モーメント４０８へと、口腔ケア機器１００の慣性モーメントを変化させる。

ステップ４１０において、第２の慣性モーメント４０８の結果として及び該第２の慣性モーメントに基づいて、ブラシヘッド１３０のために口腔ケア機器１００により第２の振幅が自動的に生成される。例えば、ブラシヘッド１３０における付加的な質量（例えば唾液、水等）に応答して、それ故口腔ケア機器１００の慣性モーメントの変化が生じたことに応答して、ブラシヘッド１３０の振幅が変化する。幾つかの実施例においては、第１の慣性モーメントから第２の慣性モーメントへの変化に応答して、振幅が増大する。例えば、第１の振幅が４度、即ちαが２度である場合、第２の振幅は９度と１２度との間（αが４．５度と６度との間）であっても良い。

幾つかの実施例においては、処理４００は代わりにステップ４０８において開始し、口腔ケア機器１００は最初に、第２の慣性モーメント４０８を持ち（例えばブラシヘッド１３０がユーザの口の中にあることに対応する）、それ故第２の振幅４１０を持つ。環境状態４０６の変化（例えばブラシヘッド１３０をユーザの口から取り出すこと）に応答して、口腔ケア機器１００のための慣性モーメントは、第２の慣性モーメント４０８から第１の慣性モーメント４０２へと変化する。これに応じて、ブラシヘッド１３０の振幅も、第２の振幅４１０から第１の振幅４０４へと変化する。例えば、ユーザの口の中にある間は、口腔ケア機器１００は、９度と１２度との間の振幅、即ち４．５度と６度との間のαで動作するが、ブラシヘッド１３０がユーザの口から取り出された後は、該振幅が４度に、即ちαが２度に低下する。口腔ケア機器１００がユーザの口の中にある状態からユーザの口の外にある状態への変化に基づいて、ブラシヘッド１３０の振幅が減少するため、無用な飛び散りが低減されることとなる。

上述したような口腔ケア機器１００のようなオブジェクトについての慣性モーメントは、系の角度モーメントと系の軸に対する角速度との比により定義される。連続系についての慣性モーメントは、式１により定義され得る。

式１において、慣性モーメントＩは、オブジェクトの体積に亘る該オブジェクトの密度ρ（ｒ）を積分することにより見出される。式１に見られるように、慣性モーメントは、オブジェクトの密度に関連する。例えば、均一な分布を持つ固体の棒は、第１の慣性モーメントを持つが、付加的な質量が位置する一方の端部を除いて均一な質量分布を持つ同一の固体の棒は、該付加的な質量のため該第１の慣性モーメントよりも大きな第２の慣性モーメントを持つこととなる。

図８は、種々の実施例による減衰駆動調和振動子系の模式的な図である。系５００は、ばね５０４及び減衰源５０６に結合された質量５０２を含む。ばね５０４及び減衰源５０６の一方の端は、質量５０２に直接に結合され、ばね５０４及び減衰源５０６の他方の端は、壁のような固定された面に結合される。系５００は、壁に向かって質量を駆動する力Ｆを持ち、これにより、駆動力が正の方向にかけられたときに、ばね５０４が圧縮される。力Ｆはまた、駆動力が負の方向であるときには、壁から離れる方向に質量を駆動し、ばね５０４を伸ばす。

幾つかの実施例においては、駆動力Ｆは、時間ｔに対して正弦関数であり、Ｆ（ｔ）＝Ｆ_０ｃｏｓ（ωｔ−φ）と表され、ここでＦ_０は駆動力の大きさに対応し、ωは駆動周波数に対応し、φは駆動の位相に対応する。この状況においては、系５００の運動方程式は、

により記述される。
式２において、ｍは質量５０２に対応し、ｃは減衰５０６に対応し、ｋはばね５０４のばね定数に対応し、

及び

は時間に対する質量５０２の位置のそれぞれ２次及び１次の導関数に対応する。幾つかの実施例においては、系５００の固有振動数ω_０は

によって記述され、減衰比βは

に対応しても良い。ω_０及びβについてのこれらの式を用いて、式２は以下のように書き換えられ得る。

ここでｒは固有振動数に対する駆動周波数の比に対応し、式３に対する定常状態解は、

であり、ここで

及び

である。従って、質量の振幅は、以下により記述されることとなる。

図９は、種々の実施例による、線形系についての種々の質量についての振幅対周波数のグラフである。グラフ５５０は、種々の質量についての系の駆動周波数に関する、図９の減衰駆動調和振動子５００のような線形系についての、定常状態解の振幅を示す。グラフ５５０は、種々の質量についての振幅と周波数との関係を表し、線５０８は第１の質量を表し、線５１０は第２の質量を表し、線５１２は第３の質量を表し、線５１４は第４の質量を表す。式４により記述される関係については、第１の質量は第２の質量より大きく、第２の質量は第３の質量より大きく、第３の質量は第４の質量より大きい。線５１６により表される１．５Ｈｚのような特定の動作周波数については、他の全てのパラメータが一定のままで質量が増大すると、系の振幅も増大する。

図１０は、種々の実施例による回転角に関する非線形ばね率定数のグラフである。グラフ５７０は、静磁ばね定数を示し、線５７２により示されるように、回転角が増大するとばね定数は減少する。口腔ケア機器１００のブラシヘッド１３０に質量がかけられていない場合には、ブラシヘッド１３０は第１の振幅で前後に振動する（例えば非負荷状態）。口腔ケア機器１００のブラシヘッド１３０の第１の振幅は、シャフト１０２のまわりの極部材１０６ａ乃至１０６ｄの回転の角度に対応する。極部材１０６ａ乃至１０６ｄの回転の角度が小さいときには、歯ブラシ１００の有効磁気ばね定数は大きい。口腔ケア機器１００の動作周波数が、非負荷状態においてピーク振幅が生じる周波数よりも低い場合、口腔ケア機器１００のブラシヘッド１３０に質量がかけられると、ブラシヘッド１３０の振幅、従って極部材１０６ａ乃至１０６ｄの角度が増大する。増大させられた慣性及び低い有効ばね定数は、ピーク振幅が生じる周波数を低下させ、動作周波数が、初期の慣性モーメント状態におけるピーク振幅周波数を下回る場合には、ピーク振幅周波数が動作周波数に近づくにつれて、口腔ケア機器１００のブラシヘッド１３０の振幅を増大させる。グラフ５７０により示されるように、極部材１０６ａ乃至１０６ｄの回転角度が増大すると、対応して口腔ケア機器１００のばね定数が減少し、口腔ケア機器１００が負荷状態（例えばユーザの口の中）にあるときには、非負荷状態（例えばユーザの口の外）にあるときの小さな振幅とは反対に、大きな振幅を持つことを可能とする。

図１１及び１２は、種々の実施例による非線形系についての、周波数に対する振幅のグラフである。限定するものではない実施例においては、電動口腔ケア機器１００についての有効磁気ばねは非線形である。このことは一部は、回転角に依存する剛性によるが、磁場強度と距離との間の逆相関のような因子も、非線形な有効磁気ばねに寄与する。該線形系についての一般的な運動方程式は、以下により記述される。

式５において、θ（ｔ）は極部材（例えば部材１０６ａ乃至ｄ）の回転角、ｍは慣性モーメント、ｃは減衰、ｋ（θ）は回転角θ（ｔ）に依存する系の剛性、ｆ（ｔ）は周期的な加振力である。電動口腔ケア機器１００がユーザの口の外にある状態からユーザの口の中にある状態へと変わると、ブラシヘッド１３０の慣性モーメントは増大し、グラフ６００の第１の振幅曲線６０２を、より低い周波数の方向へとシフトさせる。斯くして、第１の振幅曲線６０２は、グラフ６００の第２の振幅曲線６０４へとシフトする。第１の振幅曲線６０２が第２の振幅曲線６０４へとシフトすると、非線形跳躍点が、動作周波数よりも大きい状態から、動作周波数以下となる状態に動く。例えば、第１の振幅曲線６０２の非線形跳躍点は、図１１の動作周波数の右側にあるが、第２の振幅曲線６０４の非線形跳躍点は、該動作周波数の左側にある。

ユーザの口の中にあるときの、ブラシヘッド１３０の慣性モーメントの増大に加えて、水、唾液、歯磨き粉等が、ブラシヘッド１３０に対する減衰力として作用する。減衰の効果は、図１２のグラフ６５０に示される。図示された実施例においては、グラフ６５０の第３の振幅曲線６０６により示されるように、減衰効果により、第２の振幅曲線６０４が平滑化され、振幅が減少する。第３の振幅曲線６０６は、第２の振幅曲線６０４と略同様の非線形跳躍点を持つが、第３の振幅曲線６０６のピーク振幅は、第２の振幅曲線６０４のピーク振幅よりも小さい。更に、減衰効果により、非線形跳躍点における急激な不連続は平滑化され、平滑な振幅曲線に帰着する（例えば第３の振幅曲線６０６）。

図１３は、種々の実施例による、負荷状態及び非負荷状態についての、周波数に対する振幅の他のグラフである。グラフ７００は、共振系についての負荷状態及び非負荷状態についての振幅対周波数のプロットに対応する。実線７０２は、負荷状態についての振幅対周波数のプロットに対応し、破線７０４は、非負荷状態についての振幅対周波数のプロットに対応する。点線７１２は、質量がブラシヘッドにかけられた後の線７０４に対応する。

ブラシヘッドに質量がかけられていない場合のような非負荷状態においては、非線形系は線７０４により記述され得る。かけられる質量が増大するにつれて、非線形跳躍点が動作周波数と等しくなる臨界点が到達され、ここで振幅が急激に増大するまで、非負荷状態の振幅は僅かに増大する。質量がブラシヘッドにかけられると、線７０４は左へとシフトし、このことは線７１２に示される。線７０４の動作周波数７０６が固定されたままである場合、ブラシヘッドに質量がかけられると、該曲線が左に移動し、点７０８により示されるように、不連続点が、該動作周波数の右側から、該動作周波数の左側へとシフトする。以上に説明されたように、ブラシヘッドにかけられる質量が増大するにつれて、系の振幅は増大し、このことは極アセンブリの角度が増大すること意味し、ばね定数が減少することに対応する。

線７０２は、ブラシヘッドがユーザの口の中に位置させられたときに該ブラシヘッドにより感じられる減衰効果に対応する。ユーザの歯、歯肉、唾液等はブラシヘッドを減衰させ、系の振幅を減少させる。当該減衰は、線７０４又は７１２の全体のピークを低下させる。

請求項において、括弧に挟まれたいずれの参照記号も、請求の範囲を限定することを意図したものではない。「有する（comprising）」又は「含む（including）」なる語は、請求項に記載されたもの以外の要素又は態様の存在を除外するものではない。幾つかの手段を列記した装置請求項において、これら手段の幾つかは同一のハードウェアのアイテムによって実施化されても良い。要素に先行する「１つの（a又はan）」なる語は、複数の斯かる要素の存在を除外するものではない。幾つかの手段を列記したいずれの装置請求項においても、これら手段の幾つかは同一のハードウェアのアイテムによって実施化されても良い。特定の要素が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これら要素が組み合わせて利用されることができないことを示すものではない。

Claims (9)

1. 長細のシャフトと、
   前記長細のシャフトの第１の端部に配置されたヘッドと、
   前記長細のシャフトの前記第１の端部とは反対側の第２の端部に配置されたハンドル部であって、前記ハンドル部内に収容され一定の電圧で一定の周波数で動作するモータを有する、ハンドル部と、
   を有する口腔ケア機器において、
   前記ヘッドに質量がかけられていないときには、前記ヘッドは第１の慣性モーメントを持ち、前記モータは前記ヘッドのための前記長細のシャフトの長軸のまわりの第１の量の回転を通して振動回転運動の第１の振幅を生成し、
   前記ヘッドに質量がかけられているときには、前記ヘッドは第２の慣性モーメントを持ち、前記モータは前記ヘッドのための前記長細のシャフトの長軸のまわりの第２の量の回転を通して振動回転運動の第２の振幅を生成し、前記第２の振幅は前記第１の振幅よりも大きい、口腔ケア機器。
2. 前記ヘッドがユーザの口の中の歯、歯肉、頬、口腔粘膜、口の軟組織又は唾液のうちの１つ以上に押し付けられたことに応答して、前記ヘッドに質量がかけられて、前記ヘッドが前記第２の慣性モーメントを持ち、前記モータが前記ヘッドのための前記第２の振幅を生成するようになる、請求項１に記載の口腔ケア機器。
3. 前記ヘッドがユーザの口の外に取り出され、前記ヘッドに質量がかけられていなくなったことに応答して、前記口腔ケア機器のヘッドが、前記第１の慣性モーメントに切り換え、前記モータが前記ヘッドのための前記第１の振幅を生成する、請求項２に記載の口腔ケア機器。
4. 前記第２の振幅と前記第１の振幅との比は少なくとも２：１である、請求項１に記載の口腔ケア機器。
5. 前記第１の角度の振動回転運動の前記第１の振幅は４度であり、
   前記第２の角度の振動回転運動の前記第２の振幅は９度と１２度との間である、
   請求項１に記載の口腔ケア機器。
6. 前記一定の周波数は１００Ｈｚと３５０Ｈｚとの間の周波数値である、請求項１に記載の口腔ケア機器。
7. 前記第１の角度の振動回転運動の前記第１の振幅は２度と８度との間であり、
   前記第２の角度の振動回転運動の前記第２の振幅は９度と１８度との間である、
   請求項１に記載の口腔ケア機器。
8. 前記モータは、前記ハンドル部内の固定された位置に配置された永久磁石の少なくとも１つのセットを更に有し、前記永久磁石の少なくとも１つのセットは、第１の極性と第２の極性との間で円周方向に交番し、
   円周方向の各前記磁石の間に磁気スペーサが配置され、
   前記永久磁石の少なくとも１つのセットのそれぞれからの、反対の極性を持つ磁石が、互いに整合した、
   請求項１に記載の口腔ケア機器。
9. 前記モータは、対応する前記永久磁石の少なくとも１つのセットとそれぞれが整合した、少なくとも１つの回転磁極のセットを更に有し、
   前記ヘッドに質量がかけられていないときには、前記少なくとも１つの回転磁極のセットからの各前記磁極は、第１の角度だけ回転し、前記ヘッドが前記第１の振幅を持つようにし、
   前記ヘッドに質量がかけられているときには、前記少なくとも１つの回転磁極のセットからの各前記磁極は、第２の角度だけ回転し、前記ヘッドが前記第２の振幅を持つようにする、
   請求項８に記載の口腔ケア機器。

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