充電式バッテリを備えた電動歯ブラシ

この発明は、充電式バッテリを備えた電動歯ブラシ、より詳しくは、係る電動歯ブラシの機械的な構造に関する。

充電式バッテリを備えた電動歯ブラシは多くの部分点数を有する。例えば、そのような部分として: 充電式バッテリを保持するためのシャーシ; DCモータを保持するためのシャーシ; 電力を受けバッテリを充電するためのコイルを巻き付けたボビン; 振動を発生するための多くの部分を備えた接続ロッド; 及び、接続ロッドを回転自在に保持するためにベアリングがマウントされたステム等がある。

電動歯ブラシが使用され、充電式バッテリが機能しなくなると、電動歯ブラシは廃棄処分される。廃棄に際し、ゴミの分別を行う必要上、電動歯ブラシから充電式バッテリを取り除く必要がある。ところが、充電式バッテリは、非常に多くの部分点数が複雑に絡み合った中に存在している。したがって、充電式バッテリは、容易に電動歯ブラシから取り除くことができない。

更に、充電式バッテリを備えた電動歯ブラシは、充電式バッテリを充電するための充電器を必要とする。電動歯ブラシや充電器は、水や湿気が多い環境の中で使用されることが多いので、水や湿気から破損されない様に耐水性の構造で作られる必要があり、その結果、充電器の製造コストは、高くなる。

更に、充電器を備えた電動歯ブラシは、アメリカ合衆国、およびドイツでのように世界の様々な国で売られ、使用される。例えば、アメリカ合衆国で売られる場合、商用電源に接続されるプラグは2つの水平なピンが必要となる。一方、ドイツで売られる場合は、商用電源に接続されるプラグは3本のピンが必要となる。この様に、充電器に接続されるプラグは、国により異なるため、種々のタイプのプラグが接続された充電器を準備する必要がある。

米国特許公開2011/0041268

米国特許公開2011/0010876

解決すべき課題のうちの一つは、充電式バッテリと充電器を備えた電動歯ブラシの製造コストを下げることである。

別の解決すべき課題は、充電式バッテリを備えた電動歯ブラシの部品点数の数を減らすことである。

別の解決すべき課題は、電動歯ブラシから容易に充電式バッテリを取り除くことができる、充電式バッテリを備えた電動歯ブラシを提供することである。

更に別の解決すべき課題は、容易に製造することができる充電式バッテリを備えた電動歯ブラシを提供することである。

また、別の解決すべき課題は、充電式バッテリを備えた電動歯ブラシで使用される充電器を提供することである。ここで、充電器は汎用性が広く、低コストで製造することができるものである。

この発明の一つの好ましい実施の形態によれば、充電式バッテリを備えた電動歯ブラシは、共通の軸に沿って配列された充電式バッテリ収納部およびボビン部を有するシャーシ;充電式バッテリ収納部およびボビン部を接続するための、平行に延在し、充電式バッテリ収納部およびボビン部と一体に形成された一対の連結アーム;充電式バッテリ収納部に収容された、舌状端子を備えた充電式バッテリ;及び、舌状端子へ容易にアクセスするための二つの開口を形成した壁を有するシャーシを有する。

電動歯ブラシが廃棄される場合に、ユーザは、連結アームを切断してボビン部を切り離し、舌状端子を切断することにより、充電式バッテリを容易に取り除くことができる。

本発明の好ましい実施の形態に基づく電動歯ブラシの斜視図。

図1に示される電動歯ブラシの分解斜視図。

図2Aで示される接続ロッドの斜視図。

接続ロッドが挿入されたステム部材の断面図。

挿入の前の状態にある長手の治具とシャーシの斜視図。

シャーシのボビン部を示す斜視図。

挿入の後の状態にある長手の治具とシャーシの斜視図。

図5に示される線VI−VIに沿った断面図。

長方形の回路基板、充電式バッテリおよびDCモータがマウントされたシャーシの平面図。

図7に示される線VIII−VIIIに沿った断面図。

シャーシのモータ収納部を示す斜視図。

図7に示すシャーシの斜視図。

シャーシのバッテリ収納部とボビン部の連結状態を示す平面図。

シャーシのバッテリ収納部とボビン部が切断された状態を示す斜視図。

図1に示される電動歯ブラシを充電するための、本発明の好ましい実施の形態に基づく充電器の斜視図。

図13に示す充電器の分解斜視図。

図13に示す充電器のハウジングの斜視図。

図13に示す充電器の平面図。

図16と同様な図であるが、特にハウジングの中に充填物が満たされた状態の平面図。

ハーネスに接続される種々のプラグの一例の斜視図。

ハーネスに接続される種々のプラグの一例の斜視図。

ハーネスに接続される種々のプラグの一例の斜視図。

図1は、本発明の好ましい実施の形態による電動歯ブラシ1を示す。

図2Aは、電動歯ブラシ1の分解斜視図を示す。電動歯ブラシ1は、ボディ10、シャーシ20、充電式バッテリ44、長手の回路基板50、DCモータ60、接続ロッド70およびステム機構80を含んでいる。取り替え可能なブラシ(図示せず)はステム機構80にマウントされる。ボディ10はその下端に凹部11を有し、そこには充電器90に形成された突出部99が係合される。充電器90については図13を用いて後で詳述する。

充電式バッテリ44は、プラス端子およびマイナス端子、又はその逆の端子である一対の舌状端子45a、45bを、バッテリ44の円筒状本体の両端部に有する。舌状端子45a、45bは、バッテリ端部のセンターからではなく、センターから外れた位置から延在している。すなわち、舌状端子45a、45bは、円筒状のバッテリの軸に対し、同じ側にある。より具体的には、円筒状の充電式バッテリ44に設けた舌状端子45a、45bは、それぞれバッテリの両端面において、円周辺から外側に向かった方向であって、半径方向とは一致しない方向に突出する。言いかえれば、舌状端子45a、45bは、円筒状のバッテリ44の軸に対し垂直な面に含まれるが、軸と交差していない方向/角度に延在する。

ステム機構80は下側支持部材81、パッキング用リング82、ステム部材83、上側支持部材84およびトップ・リング85を含んでいる。ステム部材83は接続ロッド70を受け入れるため、中空になっている。

図2Bに示すように、接続ロッド70は合成樹脂部分72および金属部分73を含んでいる。合成樹脂部分72は、例えばポリプラスチック社によって製造されたPOM(ポリオキシメチレンと呼ばれる材料によって一体的に形成される。材料POMのグレードとしてはNW-02が好適であるが、他のグレード、たとえばM90-44を使用しても良い。

図2Bに示すように、接続ロッド70の合成樹脂部分72は、下部からカラー部74、弾性軸部分75、接続部76を有し、これらはPOMによって一体形成される。合成樹脂部分72の下端面には、DCモータ60の軸と係合される凹部が形成されている。

接続ロッド70の金属部分73は、偏心軸部分77および回転軸部分78を含んでいる。偏心軸部分77の下側は、接続部分76と成形により強固に保持される一方、偏心軸部分77の上側は、回転軸部分78が設けられている。

接続ロッド70がDCモータ60により回転すると、偏心軸部分77によりステム機構80は高周波振動を生成し、その振動がブラシに伝えられる。弾性軸部分75は、偏心軸部分77の高周波振動を受けると共に、ユーザによりブラシを歯に押圧することによって引き起こされる応力によって湾曲する。

図2Cにおいて、POMによって形成されるステム部材83は、筒状の空洞86が形成されると共に、筒状の空洞86の終端に軸受け用穴部87が形成される。軸受け用穴部87には回動可能に回転軸部分78が挿入される。また、筒状の空洞86には、接続ロッド70が収納され、接続ロッド70が自由に回転できる。軸受け用穴部87は、回転軸部分78を保持するためのベアリングとしての機能を有する。接続ロッド70は、高周波振動を起こしていても、筒状の空洞86の内部で自由な回転を行うことが出来る。

軸受け用穴部87がベアリングとしての機能を有するので、回転軸部分78を回転自在に保持するための個別のベアリングを設ける必要はない。

図3において、シャーシ20は、一体形成され、モータ収納部20a、バッテリ収納部20bおよびボビン部20cを有し、それらは共通の軸に沿って記載した順番で配列されている。

図11に示すように、ボビン部20cとバッテリ収納部20bは、平行に延在する一対の連結アーム23a、23bによって接続される。連結アーム23a、23bも、バッテリ収納部20bおよびボビン部20cと一体形成される。連結アーム23a、23bの各々は、他の部分、たとえばボビン部20cの壁やバッテリ収納部20bの壁の部分より薄く構成されている。好ましくは、連結アーム23a、23bの各々の厚さは、周りの壁の厚さの約90%以下である。例えば、連結アーム23a、23bの各々の厚さは、約0.9mm以下である一方、周りの壁の厚さはおよそ1.0mm〜2.0mmである。このように連結アーム23a、23bが非常に薄くなっているのは、電動歯ブラシが長い期間使用された後廃棄される場合、連結アーム23a、23bをナイフ又ははさみのような切断工具によって容易に切断することができるようにするためである。

この実施の形態による電動歯ブラシにおいては、充電式バッテリ44が多数回充電された後、充電式バッテリ44が弱体化した場合は、電動歯ブラシを廃棄することとなる。この場合、ゴミの分別を行う観点から、電動歯ブラシから充電式バッテリ44を取り除く必要がある。この実施の形態においては、充電式バッテリ44の除去を容易にするため、ボビン部20cがバッテリ収納部20bから容易に切り離される構造になっている。充電式バッテリ44の除去は、後で図12を用い詳述する。

図3において、ボビン部20cは、ボビンベース24、フランジ25、およびボビンベース24とフランジ25の間に存在するシリンダ部29を有する。図4に示されるように、中空のシリンダ部29の内側の壁には突出部28が設けられている。ボビンベース24は、治具30を受け取るための円開口24aを有する。

図3に示すように、バッテリ収納部20bは、互いに対向する湾曲した長手、すなわち長方形の壁33a、33bと、該壁33aと33bの間に設けた長方形の中央壁33cにより、断面がU字型の壁で特定される空間から成る。湾曲した長方形の壁33a、33bおよび長方形の中央壁33cにより、充電式バッテリ44を収納する長方形の空間を特定する。充電式バッテリ44を収納する長方形の空間の一方の端部はボビンベース24の近傍に設けたリブ35aと35bで区切られ、長方形の空間の他方の端部は、凹部を有する壁27で区切られる。共通の軸に対し垂直に形成された、凹部を有する壁27は、バッテリ収納部のボビン部20cから遠い端に位置する。充電式バッテリ44は、リブ35a、35bと凹部を有する壁27との間に挿入される。湾曲した長方形の壁33a、33bには、充電式バッテリ44の円筒状体部分を保持するための突出部26a、26bがそれぞれ設けられている。長方形の中央壁33cには少なくとも2つの開口34a, 34bが形成されている。一方の開口34aは、ボビン部20cと隣接した位置にあり、他方の開口34bは、モータ収納部20aと隣接した位置にある。これらの開口34a, 34bは、充電式バッテリ44から延びる舌状端子45a、45bを貫通させるためにある。

ボビン部20cのシリンダ部29にコイルを巻きつけるための工程において、先端部に突出部31が形成され、他方の端に凹部32が形成された長手の治具30が用いられる。治具30は、シリンダ部29の円開口24から挿入される。図5、6に示すように、先端部に形成された突出部31は、凹部を有する壁27の凹部と係合し、治具30のネック部に形成した凹部32が、突出部28と係合する。治具30の他方の端は、巻き上げ機器の駆動軸(図示せず)に接続され、ボビン部20cを、シャーシ20の他の部分20a、20bと一緒に回転させ、コイルが、ボビン部20cに巻回される。

シャーシ20は、その軸方向に離間した2箇所、すなわち一方はシリンダ部29、他方は凹部を有する壁27、において治具30と係合するので、シャーシ20の全体、特にボビン部20cから離間したモータ収納部20aにおいても、揺り動くことがなく安定した状態で回転することが出来る。

従来の電動歯ブラシにおいては、ボビン部がバッテリ収納部とは別々に、独立して設けられているので、ボビン部だけが巻き上げ機器に装着され、容易にボビンにコイルを巻きつけることができた。従来の巻き上げ機器にあっては、ボビン部の長さとほぼ同じ長さの治具を用いていた。上述した実施の形態にあっては、ボビン部20cは、バッテリ収納部20bおよびモータ収納部20aと一体形成されているので、ボビン部20cと同じくらいの短い従来の治具を用いれば、安定してコイルを巻き上げることが出来ない。上述した実施の形態では、シャーシと強固に係合することができる長い治具を使用するので、コイルの巻回は容易に行うことができる。

上述した実施の形態にあっては、ボビン部20cをバッテリ収納部20bおよびモータ収納部20aと一体形成したので、生産部分の数を減らすことが出来る。また、バッテリ収納部20bにボビン部20cを接続するための製造工程をなくすことができる。

図2Aで示されるように、長方形の中央壁33cの一方の面であって、充電式バッテリ44が収納される面とは逆の面は、平坦になっており、そこに長方形の回路基板50が収まる。長方形の回路基板50の一方の端には、一対の電極51a、51bが設けられており、ボビン部20cに巻回されたコイルの終端と電気的な接続が行われる。長方形の回路基板50の他方の端には、一対の電極52a、52bが設けられており、DCモータ60から延在する端子62a、62bと電気的な接続が行われる。好ましい実施の形態にあっては、長方形の回路基板50に設けられた電極52a、52bの位置に開口が形成され、係る開口にDCモータ60から延びるフック・タイプ端子62a、62bを機械的に連結する。フック・タイプ端子62a、62bが開口と係合された後、電極52a、52bはフック・タイプ端子62a、62bと半田付けされる。

図7に示すように、長方形の回路基板50の長手方向に延びる辺であって、湾曲した長方形の壁33bに近い側の辺の近傍に一対のスリット53a、53bが形成される。スリット53a、53bには、充電式バッテリ44に設けられた舌状端子45a、45bが挿入される。舌状端子45a、45bは、バッテリ44の中心から変位した位置に存在するので、バッテリ44の舌状端子45a、45bがスリット53a、53bに挿入することが出来るバッテリ44の収納方向は、一つの方向だけである。これにより、間違った方向に充電式バッテリ44を収納する誤りを回避することができる。充電式バッテリ44がバッテリ収納部に収納されると、舌状端子45a、45bは湾曲した長方形の壁33aより湾曲した長方形の壁33bに近い位置に存在する。

図10に示されるように、長方形の曲がった壁33bには2つの開口部38、39が形成されている。

開口部38は、水平面38aおよび対向する垂直面38b、38cで区切られ、挿入された充電式バッテリ44の舌状端子45bの近傍に形成される。開口部38のサイズは、垂直面38bと38cの間で計測される幅方向の長さは10.0mm以上である一方、水平面38aと長方形の回路基板50の間で計測される高さ方向の長さは3.0mm以上である。好ましい実施の形態によれば、開口部38は、幅10.6mmおよび高さ3.8mmである。

開口部39は、水平面39aおよび垂直面39bとボビンベース24の壁で区切られ、挿入された充電式バッテリ44の舌状端子45aの近傍に形成される。開口部39のサイズは、垂直面39bとボビンベース24の壁の間で計測される幅方向の長さは3.0mm以上である一方、水平面39aと長方形の回路基板50の間で計測される高さ方向の長さは3.0mm以上である。好ましい実施の形態によれば、開口部39は、幅4.0mmおよび高さ3.0mmである。

次に、電動歯ブラシが廃棄される際になされる充電式バッテリ44の除去について説明する。開口部38は、切断工具、例えばナイフ又ははさみを挿入するのに十分に広い幅を有する。例えば、はさみの先端を開口部38に挿入し、長方形の回路基板50より下にある舌状端子45bを遮断する。開口部39は開口部38と同じ目的のために設けられているが、一方がボビンベース24の壁によって制限されているので、開口部38ほど横幅は広くない。しかし、後で説明するように、ボビンベース24は、ボビン部20cの切断により、撤去される。

図12に示されるように、薄い連結アーム23a、23bがはさみによってカットされると、ボビン部20cがバッテリ収納部20bから切断される。その後、長方形の回路基板50の下側においてはさみにより、図12に示される点線に沿って舌状端子45aが切断される。この様にして舌状端子45a、45bがカットされれば、充電式バッテリ44は、容易に長方形の開口から引き抜くことができる。

図2Aにおいて、モータ収納部20aは、互いに対向する湾曲壁33d、33eと、該壁33d、33eの間に設けた中央壁33fにより、断面がU字型の壁で特定される空間から成る。モータ収納部20aにおける、断面がU字型の壁の開口方向は、バッテリ収納部20bに形成される断面がU字型の壁の開口方向と反対である。湾曲壁33d、33eはそれぞれ長方形の湾曲壁33a、33bの延長部分である。中央壁33fは、シャーシ20の軸に対し、長方形の中央壁33cとは反対側に存在する。湾曲壁33d、33eおよび中央壁33fは、DCモータ60を受け入れる開口部を特定する。DCモータ60を受け入れる開口部の一方の端は、バッテリ収納部20bから遠い位置にある端壁33gで特定され、他方の端は、図8に示されるように、分離壁33sから延在する3枚の切り立った並列壁で特定される。分離壁33sはモータ収納部20aおよびバッテリ収納部20bを区分ける。図2Aでは、中央の並列壁33kだけが示される。他の並列壁は背が低いので図2Aでは図示されていない。図9に示されるように、端壁33gは、U字型の形状を有する。その結果、DCモータ60の回転軸は、容易に端壁33gに納めることができる。端壁33gにはねじ63a、63bを挿入するネジ穴が形成されている。DCモータ60は、端壁33gと3枚の切り立った並列壁33kの間に挿入される。モータ60は、ねじ63a、63bによって端壁33gに固着して保持される。

図13において、充電式バッテリ44を電気的に充電するための充電器90が示される。充電器90は突出部99を含み、そこに電動歯ブラシ1の穴部11が挿入される。充電器90からの延在するワイヤー100の先には、商用電源との電気的な接続のためのプラグ101を有する。

図14において、充電器90の分解斜視図を示す。充電器90は、突出部99を備えたハウジング91、突出部99に挿入されるフェライト磁心92、フェライト磁心92にマウントされるボビン93、二股端子95aを有する回路基板95、ワイヤー100およびプラグ101に接続されたハーネス96、およびハウジング91を閉じるカバー94を含む。ハーネス96は二股終端部96aおよびカラー96bを有する。

図15に示すように、ハウジング91の内部は、仕切壁91a、91b、91c、91d、91eが設けられている。仕切壁91a、91b、91c、91d、91eは、フェライト磁心92にマウントしたボビン93および回路基板95を収納する部屋を特定する。回路基板95を支援するための複数のリブ91hが、壁91a、91bに設けられている。さらに、壁91eにはデッキ91gが形成されている。また、デッキ91gの真上の位置に、壁91eには、長方形の貫通孔91fが形成されている。貫通孔91fと対向する位置において、ハウジング91には凹部91iが形成されている。

図16に示されるように、二股端子95aは貫通孔91fを貫通することにより、二股端子95aが部屋から突出し、壁91eの外側に現われる。ボビン93に巻きつけられたコイルの両端は回路基板95に接続される。

図16に示されるように、フェライト磁心92、ボビン93および回路基板95が、部屋の所定位置に配置された後、部屋は充填剤98、例えば流体状の合成樹脂、で満たされる。流体状の合成樹脂は、所定の処理の後に固体状になる。図17では、充填剤98は斜線で示される。部屋に合成樹脂を満たすことによって、部屋の中に設けた部品であるボビン93、フェライト磁心92および回路基板95、特に電気的回路部品を、湿気または水による被害から防ぐことができる。

好ましくは、回路基板95を置く前に、デッキ91gの上に接着剤を置き、回路基板95を図16に示す位置にしっかりと保持すると共に、接着剤により貫通孔95を密閉する。

充填剤98が固体状になった後、一方の端にハーネス96を有し、他方の端にプラグ101を有するワイヤー100は、二股端子95aに接続される。ハーネス96の二股終端部96aは、二股に分かれた二股端子95aに半田付けされると共に、ハーネス96のカラー96bは、凹部91iに密着した状態ではめ込まれる。二股終端部96aを端子に半田付けした後、接着剤を二股端子95aの上に乗せる。二股端子95aの上の接着剤を乗せることにより、二股端子95aの上における電気的な接続を、湿気または水による破損から守ることができる。

その後、ハウジング91を閉じるためにカバー94が置かれる。

上述の充電器90は、仕切壁91a、91b、91c、91d、91eで仕切られた部屋に電気回路部品が収容されるので、充填剤98はハウジング91全体にではなく、仕切られた部屋にだけ充填される。したがって、使用される充填剤98の必要量は減らすことができる。

二股端子95aは部屋から外側に突出しているので、二股端子95aへのワイヤー100の電気的な接続は、充填剤98が充填され強固になった後でも、行なうことができる。従って、ワイヤーなしの状態で充電器90を準備し、保管し、その後の要求に応じて、様々なタイプのワイヤーから最適なワイヤーを選択することが可能である。この様な構成にすることの利点を更に説明する。

製造工程において、ワイヤー100が付けられていない状態で充電器90を保管する。また、図18A、18B、18Cで示すような種々のタイプのプラグを備えたワイヤー100を別途、保管しておく。プラグ・タイプは、世界の地域によって異なっている。様々な地域からの要求に応じ、適切なワイヤー100を充電器90へ接続することができる。このようにすることにより、特定のタイプのプラグを備えた充電器90の過剰生産を回避することができる。

電動歯ブラシは口腔のヘルスケアにおいて使用することができる。

10...ボディ、20...シャーシ、20a...モータ収納部、20b...バッテリ収納部、20c...ボビン部、23a、23b...連結アーム、24...ボビンベース、25...フランジ、26a、26b...突出部、27...凹部を有する壁、29...シリンダ部、30...治具、31...突出部、32...凹部、33a、33b...湾曲壁、33c...中央壁、35a、35b...リブ、38a...水平面、38b、38c...垂直面、44...充電式バッテリ、45a、45b...舌状端子、50...回路基板、51a、51b...電極、52a、52b...電極、53a、53b...スリット、60...DCモータ、62a、62b...端子、70...連接ロッド、72...合成樹脂部分、73...金属部分、74...カラー部、75...弾性軸部分、76...接続部分、77...偏心軸部分、78...回転軸部分、80...ステム機構、81...下側支持部材、82...パッキング用リング、83...ステム部材、84...上側支持部材、85...トップ・リング、86...筒状の空洞、87...軸受け用穴部、90...充電器、92...フェライト磁心、93...ボビン、95...回路基板、95a...二股端子、96...ハーネス、99...突出部、100...ワイヤー、101...プラグ