JP2014522223A - リニア電子ポリマーモーター及びリニア電子ポリマーモーターを有する装置 - Google Patents
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Abstract
リニア電子ポリマーモーターは、固定部材と、軸線を有するリニアシャフトと、ポリマー作動装置と、付勢部材と、を含む。ポリマー作動装置は、リニアシャフトに固定接続された第1端及び固定部材に固定接続された第2端を含む。付勢部材は、リニアシャフトに固定接続された第1端及び固定部材に固定接続された第2端を含む。ポリマー作動装置は、軸線に沿ってリニアシャフトを直線移動させるための電圧を受けた後に、長さを変える。他の実施形態において、装置は、振動ブリッジに柔軟に連結されたベース部を含む。装置は更に、ベース部に連結された第1端及び振動ブリッジに連結された第2端を含むポリマー作動装置を含む。ポリマー作動装置に印加された電圧は、振動ブリッジがベース部に対して平行に直線移動するように、振動ブリッジをベース部に対して並進させる。
Description
本出願は概して、電子ポリマー装置に関し、より具体的には、リニア電子ポリマーモーター及びリニア電子ポリマーモーターを組み込んだ装置に関する。
電子ポリマーモーターは、一般にロボット工学、レンズの位置決め及びポンプにおいて用いられてきた。通常、これらのモーターは、2つの導電弾性層(つまり、電極)の間に位置付けられるポリマーフィルムの層を備える。ポリマーは、誘電体として考えられ得る。ポリマーは、一対の電極に対して印加される電圧に応じて変形し、これにより、電力を機械的運動に変換させる。
一実施形態において、リニア電子ポリマーモーターは、固定部材と、軸線を有するリニアシャフトと、ポリマー作動装置と、付勢部材と、を含む。ポリマー作動装置は第1端及び第2端を含み、そのため、ポリマー作動装置の第1端はリニアシャフトに固定接続され、ポリマー作動装置の第2端は固定部材に固定接続されている。付勢部材は第1端及び第2端を含む。付勢部材の第1端はリニアシャフトに固定接続され、付勢部材の第2端は固定部材に固定接続されている。ポリマー作動装置は、軸線に沿ってリニアシャフトを直線移動させるための電圧を受けた後に、長さを変える。
別の実施形態においては、装置は、装置エンクロージャを内部に画定する装置ハウジング、及び装置ハウジングによって画定される装置エンクロージャ内に少なくとも一部が位置決めされるリニア電子ポリマーモーターを含む。リニア電子ポリマーモーターは、軸線を有するリニアシャフトと、ポリマー作動装置と、付勢部材と、を含む。ポリマー作動装置は、第1端及び第2端を含み、その結果、ポリマー作動装置の第1端はリニアシャフトに固定接続され、ポリマー作動装置の第2端は装置ハウジングに固定接続されている。付勢部材は、第1端及び第2端を含む。付勢部材の第1端はリニアシャフトに固定接続され、付勢部材の第2端は装置ハウジングに固定接続されている。ポリマー作動装置は、軸線に沿ってリニアシャフトを直線移動させるための電圧を受けた後に、長さを変える。
更に別の実施形態において、装置は、装置ハウジングと、リニア電子ポリマーモーターと、を含む。装置ハウジングは、装置エンクロージャを画定する。リニア電子ポリマーモーターは、装置ハウジングによって画定される装置エンクロージャ内に、少なくとも一部が位置決めされ、作動装置ベース部と、ある長さを有するリニアシャフトと、ポリマー作動装置と、戻しバネと、付勢部材と、を含む。作動装置ベース部は、作動装置バネによって装置エンクロージャ内の装置ハウジングと連結される。ポリマー作動装置は第1端及び第2端を含み、その結果、ポリマー作動装置の第1端はリニアシャフトに固定接続され、ポリマー作動装置の第2端は作動装置ベース部に固定接続されている。ポリマー作動装置は、電圧を受けた後に長さを変える。戻しバネは、作動装置ベース部に固定接続された第1端と、リニアシャフトに固定接続された第2端と、を有する。付勢部材は第1端及び第2端を有し、その結果、付勢部材の第1端はリニアシャフトに固定接続され、付勢部材の第2端は装置ハウジングに固定接続されている。
更に別の実施形態において、装置は、振動ブリッジに柔軟に連結されたベース部を含む。ベース部は第1平面に位置し、振動ブリッジは、第1平面に平行な第2平面に位置する。装置は更に、第1端及び第2端を含むポリマー作動装置を含む。ポリマー作動装置の第1端はベース部に連結され、ポリマー作動装置の第2端は振動ブリッジに連結されている。ポリマー作動装置に印加された電圧は、振動ブリッジが第2平面内で直線的に移動するように、ベース部に対して振動ブリッジを並進させる。
前述の一般の説明及び次の詳細な説明は両方とも、種々の実施形態を説明し、特許請求される発明の主題の本質及び特徴を理解するための概観又は骨組を提供することが意図されることを理解されたい。添付の図面は、種々の実施形態の更なる理解を提供するために含められたものであり、本明細書の一部に組み込まれると共に本明細書の一部をなすものである。図面に示される実施形態は、例示的な性質のものであり、特許請求の範囲によって規定される発明の主題を限定することを意図したものではない。図面は、本明細書に記述される種々の実施形態を例示し、説明とともに、特許請求される発明の主題の原理及び動作を説明する役割を果たす。
本明細書に記載され図示される1つ以上の実施形態による例示の歯ブラシ装置に組み込まれた、例示のリニア電子ポリマーモーターの模式図である。
本明細書に記載され図示される1つ以上の実施形態による例示の歯ブラシ装置に組み込まれた、例示のリニア電子ポリマーモーターの模式図である。
本明細書に記載され図示される1つ以上の実施形態による回転部材を有する例示のアダプターの模式図である。
本明細書に記載され図示される1つ以上の実施形態による例示のリニア電子ポリマーモーターを有する例示の歯ブラシ装置の部分的に透明な側面斜視図である。
本明細書に記載され図示される1つ以上の実施形態による例示のリニア電子ポリマーモーターを有する例示の歯ブラシ装置の部分的に透明な側面斜視図である。
図5Aに示す例示のリニア電子ポリマーモーターの平面図である。
本明細書に記載され図示される1つ以上の実施形態による例示のリニア電子ポリマーモーターの部分的に透明な側面斜視図である。
本明細書に記載され図示される1つ以上の実施形態による例示のバネの平面図である。
図6Aに示す例示のリニア電子ポリマーモーターの断面図である。
本明細書に記載され図示される1つ以上の実施形態による例示のロール状ポリマー作動装置の側面斜視図である。
本明細書に記載され図示される1つ以上の実施形態による図7Aに示す例示のロール状ポリマー作動装置を有する例示のリニア電子ポリマーモーターの断面図である。
本明細書に記載され図示される1つ以上の実施形態による例示の歯ブラシ装置に組み込まれた例示のリニア電子ポリマーモーターの模式図である。
本明細書に記載され図示される1つ以上の実施形態による例示のリニア電子ポリマーモーターを有する例示の歯ブラシ装置の断面図である。
本明細書に記載され図示される1つ以上の実施形態による例示のポリマー作動装置を組み込んだ例示の電気カミソリ装置の分解斜視図である。
図10Aに示す例示の電気カミソリ装置の、組み立て後の側面斜視図である。
図10Bに示す例示の電気カミソリ装置の断面図である。
図10Cに示す例示の電気カミソリ装置の、第1状態における断面図である。
図10Cに示す例示の電気カミソリ装置の、第2状態における断面図である。
本明細書に記載され図示される1つ以上の実施形態による例示のデジタル振動電圧パターンを示す。
本明細書に記載され図示される1つ以上の実施形態による例示の正弦波振動電圧パターンを示す。
本明細書に記載され図示される1つ以上の実施形態による例示の正弦波振動電圧パターンを示す。
本明細書に記載され、図示される1つ以上の実施形態による2つの異なる振動周波数に関する例示の正弦波電圧パターンを示す。
本明細書に記載され図示される1つ以上の実施形態による2つの異なる振動周波数に関する例示のデジタル電圧パターンを示す。
本明細書に開示される各実施形態は、概して、例えば口腔ケア装置及び電気カミソリ等の電子機器に組み込むことができるリニア電子ポリマーモーターに関する。ポリマー作動装置は、例えば、リニアシャフトなどの被駆動部材を駆動させたり、歯ブラシヘッド又はカミソリ刃などの、機器の駆動構成部品を駆動させたりするために、活用することができる。リニア電子ポリマーモーター及びリニア電子ポリマーモーターを組み込んだ装置の種々の実施形態を以下に詳述する。
実施形態の以下の詳細な説明において、添付の図面が参照されるが、これらの図面はその一部を形成するものであり、本明細書の主題が実践され得る特定の実施形態の実例として示されるものであって、限定するものとして示されるものではない。他の実施形態が利用される場合があること、また論理的、機械的、及び電気的な変更が、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、行われ得ることを理解されたい。
ここで図1を参照すると、リニア電子ポリマーモーター101を有する装置100の概要が示されている。本明細書では、各実施形態において、電気歯ブラシ又は舌クリーナー等の口腔ケア装置の場合について説明するが、実施形態はこれらに限定されるものではない。例えば、所望の用途に応じて、装置100の機能を変更するために、種々のアダプター(例えば、アダプター120)を活用してよい。
リニア電子ポリマーモーター101は、一般的にリニアシャフト112と、付勢部材115と、ポリマー作動装置114と、を備える。リニアシャフト112は長手方向軸線102に沿って延在してよく、付勢部材115及びポリマー作動装置114を介して、固定部材117/117’(例えば、装置ハウジング、モーターシャーシ又は任意の固定表面)に連結してよい。本明細書でより詳細に説明するように、リニアシャフト112は、長手方向軸線102に沿って直線的に前後に並進することができる。例えば、リニアシャフト112を長手方向軸線に沿って自由度1に制限するために、ガイド用スリーブ等のガイド113/113’が設けられてよい。
ここで、「直線運動(linear motion又はlinear movement)」とは、真っ直ぐな又は実質的に真っ直ぐな線又は方向に沿った運動を言う。「角運動」なる用語は、任意の角変位を指す。「曲線運動」とは、完全に直線運動でもなければ完全に角運動でもない、両者の組み合わせである(例えば曲線)運動である。これらの運動は、定常的又は周期的であってよい。定常的運動とは、方向又は経路が変化しない(即ち、一方向である)運動を指す。周期的運動とは、方向又は経路が逆転する運動を指す。定常的角運動は回転運動と呼ばれるが、本明細書における要素が「回転可能に取り付けられた」と述べられる場合があり、これは、周期的であるか又は定常的であるかに関わらず、角運動が可能であることを単に意味するものである。周期的角運動は、振動運動と呼ばれる。曲線運動もまた、定常的(即ち、一方向)又は周期的(即ち、方向が逆転する)であり得る。周期的直線運動は「往復運動」と呼ばれる。
上述した運動はリニアシャフト、装置アダプター、ブリッスル支持体、歯ブラシ、歯ブラシヘッド等の1つ以上の軸線に沿って起こり得る。したがって、本明細書では、運動は、運動中の物体の位置を説明するために必要な軸線座標の数に応じて、1次元、2次元又は3次元のいずれかの運動であるとして記載される。1次元運動は、単一の座標(例えば、X、Y、又はZ座標)によって説明することができる運動である。一般的には、直線運動のみが1次元運動であり得る。例えば、実質的にY軸線のみに沿った周期的な直線運動は、1次元運動(本明細書では、「脈動」、「往復運動」、「前後運動」又は「上下運動」と呼ばれることがある)である。2次元運動とは、1つ又は複数の物体の移動経路を説明するのに2個の座標(例えば、X座標及びY座標)を必要とする物体の運動である。1つの平面内で生ずる角運動は、移動経路を説明するのに物体上のある点が2個の座標を必要とすることから、2次元運動である。
種々のリニアシャフトは、円筒状のロッド(rod)として説明することができるが、実施形態はそれに限定されるものではない。一実施形態において、リニアシャフトは、断面が長方形であってもよい(例えば、バー(bar))。また、一実施形態のリニアシャフトは、円筒状のロッドではなく、プレートとして構成されて、該プレートが軸線方向(直線)運動のための軸線又は方向を画定するようにされてもよい。リニアシャフトは、往復的に前後に直線並進できるように、任意の幾何学的構成をとり得る。加えて、以下に説明する様々な構成要素は、別個の構成要素(例えば、バネ)ではなく、リニアシャフトの特徴であってよい。
リニアシャフト112は、ポリマー作動装置114の一端が固定接続され得る作動装置接続領域116、及び付勢部材115の一端が固定接続され得る付勢部材接続領域118を含むことができる。一実施形態において、作動装置接続領域116は、リニアシャフト112の長さに沿って、付勢部材接続領域118からオフセットさせてよい。あるいは、作動装置接続領域116は、付勢部材接続領域118と同じ位置にあってもよい。一実施形態において、作動装置接続領域116及び付勢部材接続領域118は、ポリマー作動装置114及び付勢部材115が接続され得るリニアシャフト112から延在する作動装置突出部(又は複数の作動装置突出部)として構成してもよい。ポリマー作動装置114及び/又は付勢部材115は、それぞれ作動装置接続領域116及び付勢部材接続領域118に、接着剤、レーザータッキング(laser tacking)、機械的締め付け、締結具等、様々な手段によって接続されることができる。
ポリマー作動装置114は、一対の電極(図示せず)間に位置決めされるポリマー材料を含み得る。一対の電極はポリマー作動装置の対向面に、接着剤、超音波溶着、機械的接続具、被覆等が挙げられるがこれらに限定されない様々な方法で取り付けられてよい。一対の電極は電源(図示せず)と連通していることができる。一対の電極は、ポリマー材料全体に電圧を印加することができ、この結果、ポリマー材料は多数の異なる方向(つまり、縦方向、横方向、対角線方向等)に変形する(つまり、ポリマー材料は、印加された電圧に応じて拡張及び/又は縮小することができる)。電源は、繰り返しかつ交互に、ポリマー作動装置の電極に電力(即ち電圧)を印加及び該電極から電力を除去して、リニアシャフトを前後に振動させる。使用に好適なポリマー材料及び電極は、様々な電圧制御方法とともに、米国特許第6,545,384号、米国特許第6,781,284号及び米国特許出願公開第2010/0043157号に更に記載されており、これらは、あらゆる目的のため、参照により本明細書に組み込まれる。
ポリマー作動装置114の第1端は、リニアシャフト112の作動装置接続領域116に固定連結されてよく、第2端は、第1接続領域117において固定部材に固定連結されてよい。ポリマー作動装置114の長さは、リニア電子ポリマーモーター101が組み入れられる特定の用途において望まれる移動量に依存し得る。
付勢部材115は、バネとして構成されてよく、リニアシャフト112の付勢部材接続領域118に固定連結され得る第1端及び接続領域117’において固定部材に固定接続され得る第2端を備える。矢印Aで示すように、付勢部材115及びポリマー作動装置114は、リニアシャフト112を1次元(即ち、軸線方向)に駆動するよう協働する。電圧をポリマー作動装置114の電極に印加することにより、ポリマー作動装置114が拡張でき、それによってリニアシャフト112を上方向へ移動させることができる。電圧をオフにすると、ポリマー作動装置114がリニアシャフト112を短くし、リニアシャフト112を下方向へ移動させることができる。付勢部材115は、バネ力を供給することにより、リニアシャフト112の軸線方向運動を助けることができる。オン状態とオフ状態との間で電圧を交互にすることにより、リニアシャフト112は、所望の周波数でリニアシャフト112の軸線に沿って直線的に前後に並進することができる。リニアシャフト112の前後運動の所望の周波数は、特定の用途に依存し得る。電気歯ブラシの場合、一実施形態において、並進の周波数は約50Hz〜約500Hzの範囲であり得る。別の実施形態においては、並進の周波数は、約100Hz〜約200Hzの範囲であり得る。更に別の実施形態においては、並進の周波数は、約150Hzである。特定の用途に依存して、他の並進周波数が活用されてもよい点を理解すべきである。
リニア電子ポリマーモーター101は、電気歯ブラシ、舌クリーナー、木工用工具、電気カミソリ等、様々な小型機器用途において活用できる。リニア電子ポリマーモーター101は、特定の用途での使用のために構成され得るアダプター120に連結されることができる。図1に示すアダプター120は、装置100が電気歯ブラシとして構成される歯ブラシヘッドである。この実施形態では、リニア電子ポリマーモーター101は、リニアシャフト112がハウジングに対して並進するように、固定部材としての役割を果たす装置ハウジング内に維持されてよい。図1に示すアダプター120は、係合機構122によりリニアシャフト112に連結され得る第1端121を有する。アダプター120をリニアシャフト112から取り外すことができるように、一実施形態において、係合機構122は、締り嵌め又は取り外し可能なスナップ嵌合を提供する。接触要素124は、アダプターの第2端に設けられてよい。リニアシャフト112の軸線に沿った、リニアシャフト112の周期的な直線運動は、矢印Aで示すように接触要素124を駆動し、これが歯磨きの有効性を助長することができる接触要素については、以下で更に詳細に説明する。
アダプター120は、任意の数の既知及び未知の形状、サイズ、構成、及び材料を含むことができる。アダプター120の例示的な材料には、ポリマー、プラスチック、エラストマー、金属、複合材料、又はこれらの組み合わせ(例えば、ポリプロピレン、POM、ASA、ABS、PC、SAN、又は任意の他の好適な材料)を挙げることができるが、これらに限定されない。
図2を参照すると、図1の付勢部材115を第2ポリマー作動装置215で置き換えた、リニア電子ポリマーモーター201を有する装置200が示されている。この実施形態においては、第1ポリマー作動装置214は、第1接続領域217において、作動装置接続領域216及び固定部材に固定接続され得る。第2ポリマー作動装置215は、付勢部材接続領域218及び第2接続領域217’に固定接続され得る。第1ポリマー作動装置214及び第2ポリマー作動装置215に交流電圧を供給して、2つのポリマー作動装置が反対方向に動作し、アゴニスト及びアンタゴニストとして作用するようにしてよい。例えば、第1正弦波電圧が第1ポリマー作動装置214に供給され、第2正弦波電圧が第2ポリマー作動装置215に供給されてよく、ここで、第1及び第2正弦波電圧は互いに対して位相を異にしてよく、その結果、第1及び第2ポリマー作動装置が交互に作動することによってリニアシャフト212を前後に移動させる。第1ポリマー作動装置214及び第2ポリマー作動装置215を制御する方法は、米国特許出願公開第2010/0043157号に記載されており、参照によって本明細書にその全体が組み込まれる。
反対方向にリニアシャフトを移動させるように動作する2つのポリマー作動装置(例えば、図2に示す、第1ポリマー作動装置214及び第2ポリマー作動装置215)を活用する実施形態において、電源は、振動パルスを用いて、第1ポリマー作動装置と第2ポリマー作動装置との間で電力を交互にして、リニアシャフト212をその軸線202に沿って振動させることができる。図11Aは、ポリマー作動装置に供給され得る振動パルス電圧をステップ関数で示す。詳細には、電源は、第2ポリマー作動装置に関連付けられた一対の電極にわたってゼロ電圧を印加しながら、第1ポリマー作動装置に関連付けられた一対の電極電極にわたって電圧を印加することができ、次いで、第1ポリマー作動装置に関連付けられた一対の電極にわたってゼロ電圧を印加しながら、第2ポリマー作動装置に関連付けられた一対の電極にわたって電圧を印加することができる。この交流電力は、タスクを実行するために必要な任意の時間繰り返されてよい。あるいは、図11Bは、振動パルス電圧が正弦波関数として構成され得ることを示す。振動パルスは、1つの例示的な実施形態では、第1ポリマー作動装置に正の電圧(t軸より上のパルス波)を印加することができるが、一方で、負の電圧(t軸より下のパルス波)は、反転され、第2ポリマー作動装置に印加されてもよい。
図11Cは振動パルス電圧を示し、ポリマー作動装置の一方に電圧パルスが印加された後かつもう一方の第2ポリマー作動装置に電圧パルスが印加される前に、遅延tdがもたらされる。振動パルス電圧は、一実施形態において図10Cに示すように正弦波であり得るが、遅延tdを組み込む周期tpを有してよい遅延tdにより、他のポリマー作動装置に電圧を印加して作動させるに先立って、ポリマー作動装置が引張前の状態に戻り始めることができる。周期tp及び遅延tdの持続時間は、リニア電子ポリマーモーターを組み入れる特定の用途に依存し得る。
あるいは、電源は、リニアシャフトの、該リニアシャフトの軸線に沿った運動をもたらす脈動パルスを使用して、第1及び第2ポリマー作動装置に実質的に同時の電力を供給してもよい。ここでも、脈動パルスは正弦波であり得る。制御装置(図示せず)は、電源が第1及び第2ポリマー作動装置の一対の電極に印加する電圧の量を制御することができる。加えて、制御装置は、パルスパターンの周波数を制御することができる。制御装置は、周波数が、約0.1Hz〜約150kHz、又はより具体的には0.5Hz〜約100kHz、更により具体的には1Hz〜約50kHzであるように制御することができる。制御装置は、振動及び脈動パルスの周波数を重ねて、図12A及び12Bに示すようにリニアシャフトの直線運動を作り出してもよい。
再び図2を参照すると、リニアシャフト212が矢印Aで示す直線方向に移動することを確実にするために、ガイド213/213’が設けられてよい。この実施形態は、図1に示す実施形態と比べて、リニアシャフト212において、より高い力を生成することができる。図1に示す実施形態と同様に、歯ブラシヘッド等のアダプター220が設けられてよい。
ここで図3を参照すると、一実施形態によるアダプター320が示されている。一般的に、アダプター320は、回転部材324(例えば、電気歯ブラシ用途における歯ブラシブリッスルを有するディスク)、プッシュロッド325、ロッカーアーム326及びアダプターハウジング321を備える。プッシュロッド325及びロッカーアーム326は、アダプターハウジング321によって画定されるアダプター凹部323内に配置され得る。プッシュロッド325がリニアシャフト312に取り外し可能に連結できるように、連結機構322がプッシュロッド325の連結端に設けられてよい。一実施形態において、プッシュロッド325は、回転部材324の周期的な角運動を助けるために、リニアシャフト312に対して角度をもって位置決めされてもよい。ロッカーアーム326は、連結機構322から遠位にあるプッシュロッド325の端部に位置し得る。ロッカーアーム326及びプッシュロッド325は一体型の構成要素でも、2つの別の構成要素でもよい。
ロッカーアーム326は、回転部材324の回転の中心軸線328からオフセットした位置において、回転部材324に連結され得、ここで、リニアシャフト312の周期的直線運動(矢印A)はプッシュロッド325を並進させ、その結果、矢印Bで示すように、ロッカーアーム326は、回転部材324を回転軸線328の周りに振動させる。このように、プッシュロッド325及びロッカーアーム326は、リニアシャフト312の周期的直線運動を、回転部材324の周期的角運動に変換する。この実施形態においては、回転部材324は、矢印Bで示すように回転する。一実施形態においては、回転部材324の振動回転は、回転軸線の周りに約1°〜約179°である。他の実施形態においては、回転部材324の振動回転は、回転軸線の周りに約20°〜40°である。更なる実施形態においては、回転部材324の振動回転は、約5°超〜約20°未満であってよい。
電気歯ブラシの実施形態においては、ユーザーは、回転又は直線的に並進するブラシヘッドを有する電気歯ブラシとするために、図3に示す回転する歯ブラシのヘッドアダプター320を選択的に連結することができる。このように、一実施形態において、ユーザーは、電気歯ブラシヘッドの軸線に沿って直線的に並進するだけの電気歯ブラシヘッドに対して、図1及び2に示すようなアダプターを選択的に連結することもできる。ユーザーは、歯ブラシヘッドを交換するだけで、所望のブラシ形状を選ぶことができる。
図4は、図1に模式的に示したリニア電子ポリマーモーター401を有する装置400(電気歯ブラシ)を示す。一般的に、装置400は、装置ハウジング450(固定部材としての役割を果たす)、装置ハウジング450によって画定される装置エンクロージャ内に配置されるリニア電子ポリマーモーター401及び装置ハウジングに連結されたアダプター420を備える。リニア電子ポリマーモーター401のリニアシャフト412は、軸線402に沿って装置エンクロージャ内に配置されてよく、第1板バネ(flat spring)415、第2板バネ415’及びベローズシール440を通って位置決めされ得る。上述したように、ポリマー作動装置414の第1端は、任意の数の接続手段によって、作動装置接続領域416において、リニアシャフト412に固定接続され得る。ポリマー作動装置414の第2端は、任意の数の接続手段(例えば、締結具、タッキング(tacking)、接着剤、はんだ等)によって、第1接続領域418において、装置ハウジング450に固定接続され得る。
図4に示すように、図1に示す付勢部材115は、第1板バネ415及び第2板バネ415’として構成されており、リニアシャフト412に固定接続され得る。第1板バネ415及び第2板バネ415’は、様々な構成をとることができる。更に、より多い又は少ない板バネを活用してよい。第1板バネ415及び第2板バネ415’は、リニアシャフト412にバネ力をもたらすために柔軟な材料を含んでよい。例示の材料としては、金属、プラスチック、複合材料、エラストマー、ポリマー等が挙げられるが、これらに限定されない。
例示された実施形態の第1板バネ415及び第2板バネ415’はM字状であり、第1端415d、並びに第1端415dから延在する2つの外側アーム415a、415c及び中間アーム415bを有する。第1端415dは、装置ハウジング450に連結されても連結されていなくてもよい。例示された実施形態において、2つの外側アーム415a、415cは、装置ハウジング450に固定接続されている一方で、中間アーム415bは、装置ハウジング450に固定接続されていない。中間アーム415bは、片持ちバネ部を形成して、リニアシャフト412は片持ちバネ部を通って位置決めされ得る。第1板バネ415及び第2板バネ415’の中間アーム415bは、リニアシャフト412が通されて位置決めされるシャフト収容貫通孔を備えてよい。別の実施形態においては、板バネは、上部(例えば、第1端415d)及び該上部から延在する片持ち部(例えば、中間アーム415b)のみを備えてよい。この実施形態においては、板バネは、第1端から片持ち部のみが延在するように、2つの外側アームを有さない。他のバネ構成も可能であることを理解すべきである。
第1板バネ415及び第2板バネ415’は、任意の手段により、リニアシャフト412に固定接続されてよい。例えば、第1板バネ415及び第2板バネ415’は、接着剤、タッキング、はんだ付け、締結具の使用等により固定接続されてよい。別の実施形態においては、第1板バネ415及び第2板バネ415’は、リニアシャフト412と一体であってよい。第1板バネ415及び第2板バネ415’の構成は、戻し(即ち付勢)バネとして並びにガイド用バネとして機能して、図1に示すガイド用スリーブ113の機能を果たす。
水や他の異物が、装置ハウジング450の画定する装置エンクロージャに侵入しないようにするために、図4に示すベローズシール440のような封止部が設けられてよい。ベローズシール440は様々な構成をとることができ、装置ハウジング450内に維持されるリニア電子ポリマーモーター401及び電源を保護することができる。ベローズシール440は、ポリマー、ゴム又は他の任意の好適な材料で作製され得る。リニアシャフト412が取り外し可能にプッシュロッド425に連結するように、アダプター420は、連結機構422を介して、装置ハウジング450に連結され得る。リニアシャフト412の周期的直線運動を、プッシュロッド425及びロッカーアーム426を介して、回転部材424の振動角運動に変換することができる。一実施形態において、回転部材424の振動回転は、回転軸線の周りに約1°〜約179°である。別の実施形態において、回転部材424の振動回転は、回転軸線の周りに約20°〜40°である。
装置ハウジング450は、任意の数の周知及び未知の形状、サイズ、構成、及び材料を含むことができる。装置ハウジング450の例示的な材料には、ポリマー、プラスチック、エラストマー、金属、複合材料、又はこれらの組み合わせ(例えば、ポリプロピレン、POM、ASA、ABS、PC、SAN、又は任意の他の好適な材料)を挙げることができるが、これらに限定されない。
図5A及び5Bを参照すると、図2に模式的に示すような二重ポリマー作動装置リニア電子ポリマーモーターを有する装置500を示す。装置500は電気歯ブラシとして示されており、一般に装置ハウジング550、装置ハウジング550によって画定される装置エンクロージャ内に配置されるリニア電子ポリマーモーター501及びアダプター520を備える。例示のリニア電子ポリマーモーター501は、装置エンクロージャ内の装置ハウジング550に固定接続され得るシャーシ560、リニアシャフト512、第1ポリマー作動装置514a、第2ポリマー作動装置514b、第1板バネ515及び第2板バネ515’を備える。
U字状のシャーシ560は、支持壁563(即ち、底面)、第1側壁561及び第2側壁562を備え得る。可視性の目的のために、図5Aでは取り除かれた形の第2側壁562の一部が図示されている。シャーシ560は、これらに限定されないが、金属、プラスチック、ポリマー、エラストマー、複合材料又はこれらの組み合わせ等の硬質材料で作製されてよい。シャーシ560は、ポリマー作動装置及び板バネのための取り付け構造を提供することができる。
リニアシャフト512は、上述したように、第1板バネ515及び第2板バネ515’に固定接続され得る。第1板バネ515及び第2板バネ515’は、2つの外側アームにおいて、シャーシの支持壁563に固定接続され得、一方で中間アームは、解放され得る。図5A及び5Bで示すように、一実施形態において、第1板バネ515及び第2板バネ515’は、リニアシャフト512に沿って互いにオフセットされてよい。
リニア電子ポリマーモーター501は、第1ポリマー作動装置514a及び第2ポリマー作動装置514bをリニアシャフト512にそれぞれ連結する、第1作動装置連結板564及び第2作動装置連結板565を更に備えてもよい。第1ポリマー作動装置514の第1端は、第1作動装置連結板564に(例えば、締め付け力によって)固定接続され得、これは、貫通孔内に位置決めされるリニアシャフト512に固定接続され得る。別の実施形態においては、リニアシャフト512及び第1作動装置連結板564は、一体の単一構成要素であってよい。第1ポリマー作動装置514aの第2端は、シャーシ560の第1側壁561に固定接続され得る。例示の実施形態においては、第3作動装置連結板530aが第1ポリマー作動装置514aを第1側壁561に接続するために用いられる。第3作動装置連結板530aと第1ポリマー作動装置514aを第1側壁561に接続するために、締結具を用いてよい。第1ポリマー作動装置514aを、リニアシャフト512及び/又はシャーシ560の第1側壁561に接続するために、他の連結方法を活用してもよい。
同様に、第2ポリマー作動装置514bの第1端は、第2作動装置連結板565に(例えば、締め付け力によって)固定接続され得、これは、貫通孔内に位置決めされるリニアシャフト512に固定接続され得る。第1作動装置連結板と同様に、第2作動装置連結板565は、リニアシャフト512と一体であってよい。第2ポリマー作動装置514bの第2端は、シャーシ560の第2側壁562に固定接続され得る。例示の実施形態においては、第2ポリマー作動装置514bを第2側壁562に接続するために、第4作動装置連結板530bが用いられる。第4作動装置連結板530bと第2ポリマー作動装置514bを第2側壁562に接続するために、締結具が用いられてよい。第2ポリマー作動装置514bを、リニアシャフト512及び/又はシャーシ560の第2側壁562に接続するために、他の連結方法を活用してもよい。
2つのポリマー作動装置が互いに平行に取り付けられ、それぞれがリニアシャフトを反対方向に動かすように配置されてよい。第1及び第2ポリマー作動装置は、図2に関して上述したように制御されてもよく、又は他の制御方法により制御されてもよい。板バネは、摩擦がなくかつ緩みのない方法でリニアシャフトを案内するように構成され得る。
ここで図6A〜6Cを参照すると、別の二重ポリマー作動装置の実施形態が示されている。図6Aは、第1ポリマー作動装置614a、第2ポリマー作動装置614b、第1バネ615及び第2バネ615’を有するリニア電子ポリマーモーター601の側面斜視図である。図6Bは、一実施形態による例示のバネの平面図である。図6Cは、図6Aに示すリニア電子ポリマーモーター601の側面図である。第1ポリマー作動装置614a及び第2ポリマー作動装置614bは、引張前の状態において円錐形であってよく、大径端及び小径端を有してよい。リニアシャフト612は、第1ポリマー作動装置614a及び第2ポリマー作動装置614bを通って、軸線方向に位置決めされてよい。第1ポリマー作動装置614a及び第2ポリマー作動装置614bの小径端は、環670によってリニアシャフト612に固定接続され得る。リニアシャフト612は、環670の中央孔を通って位置決めされ、定位置に固定され得る。別の実施形態においては、環670は、リニアシャフト612と一体となっている。
第1ポリマー作動装置614aの小径端は、環670の第1表面672に接続されてよく、第2ポリマー作動装置614bの小径端は、環670の第2表面673に接続されてよい。ポリマー作動装置は、1つ以上の締め付け装置671、671’によって、環670に固定接続され得る。第1ポリマー作動装置614a及び第2ポリマー作動装置614bの小径端を環670に固定接続するために、任意の接続構成を活用してよい。
一実施形態において、第1ポリマー作動装置614a及び第2ポリマー作動装置614bは、モーターハウジング682によって画定される作動装置空洞内に維持され得る。モーターハウジング682は、例えば円筒形であってよく、また硬質材料で作製されてよい。モーターハウジング682は、電気歯ブラシ等の装置の装置ハウジングに固定接続され得る。一実施形態において、第1ポリマー作動装置614a及び第2ポリマー作動装置614bの大径端は、それぞれ第1締め付け環673及び第2締め付け環674によってモーターハウジング682に固定され得る大径端フランジ部619a、619bを画定する。大径端フランジ部619a、619bをモーターハウジング682に固定するために、任意の締め付け方法又は固定方法を活用してよい。
第1バネ615及び第2バネ615’は、第1ポリマー作動装置614a及び第2ポリマー作動装置614bをモーターハウジング682に固定するために用いる、第1締め付け環673及び第2締め付け環674又は他の締め付け装置に連結され得る。それ故に、第1バネ615及び第2バネ615’は、モーターハウジング682、並びに第1作動装置614a及び第2ポリマー作動装置614の大径端に固定接続され得る。
図6Bに示すように、第12バネ615及び第2バネ615’は、第1バネ615及び第2バネ615’を通って位置決めされるリニアシャフト612に固定接続されるよう構成され得る中央終端領域637内で終端するらせん状アーム636を備えてもよい。第1バネ615及び第2バネ615’は、板バネに関して上述したもののような、柔軟な材料で作製されてよい。らせん状アーム636は、リニアシャフト612の、第1ポリマー作動装置614a及び第2ポリマー作動装置614bに対する同軸位置決めを可能にする片持ちバネとして機能することができる。第1バネ615及び第2バネ615’は、リニアシャフトが矢印Aで示すように直線移動できるように、リニアシャフト612を案内する。
第1ポリマー作動装置614a及び第2ポリマー作動装置614bは、上述したように、電圧の印加によって交互に変形して、環670及びリニアシャフト612を、矢印Aで示すように前後に移動させる。第1ポリマー作動装置614a及び第2ポリマー作動装置614bは、上述したようにアダプターと連結され得るリニアシャフト612を並進させるために協働できる。
図7A及び7Bは、第1ポリマー作動装置775及び第2ポリマー作動装置776が同一のポリマー層に実現され得る二重ポリマー作動装置714を示す。例示された実施形態において、第1ポリマー作動装置775及び第2ポリマー作動装置776は、第1ポリマー作動装置775及び第2ポリマー作動装置776を画定するアドレス可能な2つの電極領域778、779を有するポリマー層を備える。各電極領域778、779は、第1の面に第1電極を有し、反対の面に第2電極を有する。ポリマー層は、ロール状の二重ポリマー作動装置714が少なくとも1つのロール層を含むことができるように、ロール状にされるか、又は巻き取られてよい。例示のロール状ポリマー作動装置は、米国特許第6,891,317号に記載されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。第1電極領域778は第1ポリマー作動装置775を制御し、第2電極領域779は第2ポリマー作動装置776を制御する。非変形領域774は、第1電極領域778と第2電極領域779との間に位置し得る。非変形領域774は電極領域を含まないため、電圧が印加されず、これにより、静止したままとなる。
ここで図7Bを参照すると、ポリマー層は、リニアシャフト712に固定連結され得る円形の作動装置板770の周りに巻かれてよい。作動装置板770は、ロール状ポリマー作動装置の非変形領域774に接続され得る。ポリマー層は、任意の手段により作動装置板770に固定接続され得る。一実施形態において、締め付け装置771は、作動装置板770に対してロール状ポリマー層を締め付けるために活用されてよい。他の連結方法が使用されてもよい。ロール状の二重ポリマー作動装置714は、モーターハウジング782内に固定維持されてよく、金属、プラスチック、ポリマー等の硬質材料で作製されてよい。モーターハウジング782は、装置ハウジング(図示せず)に固定接続され得る。ロール状二重ポリマー作動装置714の第1端及び第2端は、締め付け具783a、783bの使用による等、任意の手段によってロール状ポリマー作動装置の端に固定接続され得る。例えば、接着剤、タッキング、締結具等を使用することによる他の接続方法を使用してよい。
第1バネ715は、モーターハウジング782の第1端に固定接続され得、第2バネ715’は、モーターハウジング782の第2端に固定接続され得る。一実施形態において、第1バネ715及び第2バネ715’は、リニアシャフト712が中央終端領域を通って位置決めされ、中央終端領域に固定接続されるように、図6A〜6Cで示すバネのように構成されてよい。このように、リニアシャフト712は、ロール状二重ポリマー作動装置714で画定される円筒状の開口部内で位置決めされ得る。第1バネ715及び第2バネ715’は、リニアシャフト712がその軸線に沿って自由度が1だけであるように、リニアシャフト712を案内するのを助けることができる。
ロール状二重ポリマー作動装置714の端は、モーターハウジング782の端に固定接続され得る。ロール状二重ポリマー作動装置714の中央の非変形領域774は、作動装置板770及びリニアシャフト712に固定接続され得る。それ故に、第1電極領域778及び第2電極領域779に印加される交流電圧は、第1ポリマー作動装置775及び第2ポリマー作動装置776を交互に拡張し、それによって、作動装置板770及びリニアシャフト712を、矢印Aで示すように並進させる。リニアシャフト712は、上述したようにアダプターに連結されてもよい。
他の実施形態において、リニア電子ポリマーモーターは、単一の活動領域を有する単一のロール状ポリマー作動装置を備えてよい。この例においては、ポリマー作動装置のうちの1つ(例えば、第1ポリマー作動装置775)がバネ(又は複数のバネ)に置き換えられて、単一の、ロール状ポリマー作動装置から電圧を除去した際に、バネがリニアシャフトに戻り力をもたらすようにしている。単一のロール状ポリマー作動装置は、モーターハウジングに固定接続され得、作動装置板(例えば、図7Bに示す作動装置板770)は、単一のロール状ポリマー作動装置の端に接続され得る。バネは、単一のロール状ポリマー作動装置から電圧を除去した際に、バネが戻りバネ力を作動装置板にもたらすように、作動装置板及びモーターハウジングに接続されてよい。
図8は、アダプター820に連結された例示のリニア電子ポリマーモーター801の模式図である。この例示の実施形態において、リニアシャフト812は、ポリマー作動装置814及び戻しバネ819によって、(図1及び2に示す装置ハウジングではなく)作動装置ベース部870に接続されている。ポリマー作動装置814の第1端は、作動装置接続領域816においてリニアシャフト812に固定接続され、第2端は、作動装置ベース部870に固定接続されている。リニアシャフト812は、ガイド機構813/813’(例えば、ガイド用スリーブ又はガイド用バネ)によって案内され得る。
作動装置ベース部870は、第1バネ829によって固定部材817(例えば、装置ハウジング)に更に連結され得る。リニアシャフト812は、第2バネ815によって固定部材817に連結され得る。バネ829及び815により、作動装置ベース部870及びリニアシャフト812は、それぞれ中間位置/停止位置にあることができる。第2バネ815は、バネ接続領域818において、リニアシャフト812に固定連結され得る。作動装置ベース部870は、リニアシャフト812と同様に、軸線方向に自由度1である。例示した配置により、ポリマー作動装置814がリニアシャフト812を移動させると、作動装置ベース部870を固定部材817に対して移動させることができ、それによって、消費者が気づくほどの装置ハウジングの振動を低減又は消滅させることができる振動制御を提供する。種々の構成要素を連結するために、より多くの又はより少ないバネを用い得ることを理解すべきである。
図8に例示された実施形態において、アダプター820は、装置ハウジング(即ち、固定部材817)ではなく、作動装置ベース部870に連結されている。それ故に、アダプター820、作動装置ベース部870及びリニアシャフト812は、矢印A、A’及びA”で示すように並進できる。アダプター820は、アダプターハウジング821、プッシュロッド825、ロッカーアーム826及び回転部材824を備える。一実施形態においては、アダプターハウジング821が固定部材817に接触しないように、アダプターハウジング821は、作動装置ベース部870に取り外し可能に連結され得る。リニアシャフト812の一部は、アダプターハウジング821によって画定されるアダプター空洞823内へ延在してよく、連結機構822によって(例えば、スナップ嵌合又は締り嵌めによって)プッシュロッド825に取り外し可能に連結され得る。作動装置ベース部870、リニアシャフト812及びアダプター820の動作により、プッシュロッド825がロッカーアーム826を押し出して、矢印Bで示すように、周期的な直線運動を回転部材824の振動角運動に変換する。
別の実施形態においては、追加のポリマー作動装置(図示せず)が、第1バネ829と平行に、作動装置ベース部870及び固定部材817に固定接続されてよい。この構成では、リニアシャフト812、作動装置ベース部870及びアダプター820の運動を積極的に制御することができ、回転部材を有するアダプターにより様々な歯磨きモードを実現できる:1)回転部材824の回転運動のみ、2)アダプター820の直線運動のみ、3)回転部材824の回転運動とアダプター820の直線運動との組み合わせ(即ち、回転部材824の曲線運動)。
図9は、図8に示す振動制御を有するリニア電子ポリマーモーター801の一実装を示している。この実施形態においては、装置900は、図7に示すモーターハウジング782に類似したモーターハウジング982として構成されている作動装置ベース部を備える。第1ポリマー作動装置975及び第2ポリマー作動装置976は、ロール状ポリマー作動装置914として構成されてよく、図7に示すように、モーターハウジング982内に維持され得る。モーターハウジング982は、装置ハウジング950に直接接続されるのではなく、後端モーターハウジングバネ990及びアダプター端部のモーターハウジングバネ992によって、間接的に装置ハウジング950に接続され得る。あるいは、モーターハウジング982は、1つのモーターハウジングバネのみ(例えば、アダプター端部のモーターハウジングバネ992のみ)により、装置ハウジング950に連結され得る。リニアシャフト912は、上述され図7で示すように、第1バネ915及び第2バネ915’に固定接続され得る。加えて、リニアシャフト912は、リニアシャフト912の後部を支持し、かつリニアシャフト912の直線運動を助ける、シャフトガイドバネ993と固定接続され得る。
モーターハウジング982は、それぞれがモーターハウジング982の中間領域の直径よりも小さい直径を有する、後端998及びアダプター端部999を備える。モーターハウジングの後端998は、らせん状アームを有し図6A〜6Cに示すバネとして構成され得る、後端のモーターハウジングバネ990に固定接続され得る。後端のモーターハウジングバネ990の外周は、装置ハウジング950に固定接続され得る。モーターハウジング982を案内し、直線運動を可能にする、他の構成を活用してよい。
同様に、アダプター端部のモーターハウジングバネ992は、アダプター端部999及び装置ハウジング950に固定連結され得る。アダプター端部のモーターハウジングバネ992は後端のモーターハウジングバネ990のように構成されてよく、又はモーターハウジング982を案内し、モーターハウジング982の直線運動を可能にする別の構成として構成されてもよい。モーターハウジング982と装置ハウジング950との間に、1つ以上の追加のバネが設けられてもよい。
図9に示すように、アダプターハウジング921によって画定されるアダプター凹部923内でアダプター920に取り外し可能に連結するように構成するように、モーターハウジング982のアダプター端部999は延在してよい。このように、アダプター920は、装置ハウジング950にではなく、モーターハウジング982に取り外し可能に連結されてよく、装置エンクロージャ内でのモーターハウジング982の運動の自由度が1であるため、消費者が気づくほどの装置900の振動を低減できる。モーターハウジング982は、後端のモーターハウジングバネ990及びアダプター端部のモーターハウジングバネ992を介して、装置ハウジング950に柔軟に取り付けられてもよいため、モーターハウジング982の自由度を1にできる。リニアシャフト912と装置ハウジング950との間のシャフトガイドバネ993は、装置ハウジング950における振動を更に最小限にできる。
別の実施形態において、モーターハウジング982は、1つ以上の追加のポリマー作動装置(図示せず)によって、装置ハウジング950に連結され得る。追加のポリマー作動装置は、後端のモーターハウジングバネ990及び/又はアダプター端部のモーターハウジングバネ992への追加、又はその代わりであってよい。例えば、追加のポリマー作動装置は、モーターハウジング982の外表面において、装置ハウジング950に柔軟に接続されてよい。1つ以上の追加のポリマー作動装置は、図8に関して上述した様々な歯磨きモードを可能にするように構成されてもよい。
図10A〜10Cを参照すると、ポリマー作動装置1060/1062を備える電気カミソリ装置1000が示されている。図10Aは、電気カミソリ装置1000の分解側面斜視図であり、図10Bは、図10Aに示す電気カミソリ装置1000の、組み立て後の側面斜視図であり、図10Cは、図10BのA−A線に沿った断面の断面図である。図10D及び10Eは、図10CのB−B線に沿った断面の断面図であり、2つの作動段階における電気カミソリ装置1000を示す。
最初に図10Aを参照すると、電気カミソリ装置1000は一般的に、ベース部1010、振動ブリッジ1030、ブレードアセンブリ1050及びホイルカバー1055を備える。ベース部1010は一般的に、上部表面1011、第1ポリマー作動装置取付部1012、第2ポリマー作動装置取付部1014、及び振動ブリッジ1030をベース部1010に接続するための複数の締結孔1019を備える。ベース部1010、並びに第1ポリマー作動装置取付部1012及び第2ポリマー作動装置取付部1014は、金属、プラスチック、ポリマー、複合材料等の硬質材料で作製されてよい。ベース部1010は、第1平面に位置決めされ得る。
第1ポリマー作動装置取付部1012及び第2ポリマー作動装置取付部1014は、ベース部1010の上部表面1011から延在してよく、L字状の係合領域1013/1015、及び傾斜部1016/1017を含んでよい。第1ポリマー作動装置取付部1012は、それぞれが異なる垂直平面(それぞれ、第1及び第2垂直平面)に位置決めすることができるように、第2ポリマー作動装置取付部1014に対向し、第2ポリマー作動装置取付部1014からオフセットしてもよい。第1ポリマー作動装置取付部1012の傾斜部1016は、第2ポリマー作動装置取付部1014に向かって傾斜しており、第2ポリマー作動装置取付部1014の傾斜部1017は、第1ポリマー作動装置取付部1012に向かって傾斜している(図10D及び10E参照)。傾斜部は、ポリマー作動装置取付部に剛性の増大をもたらすことができ、ポリマー作動装置取付部が実質的に曲がらないままであり、また振動ブリッジの直線並進中に、対向するポリマー作動装置取付部の間に隙間をもたらすようにする。振動ブリッジを直線並進させると共にポリマー作動装置取付部に剛性をもたらすために、図示された傾斜部以外の幾何学的構成が活用されてよいことを理解すべきである。
振動ブリッジ1030は、上部表面1040、下部表面1042、第1リーフバネ(leaf spring)1031、第2リーフバネ1031’、第3ポリマー作動装置取付部1032及び第4ポリマー作動装置取付部1034を備えることができる。振動ブリッジ1030は更に、振動ブリッジ1030にブレードアセンブリ1050を連結するための、ブレードアセンブリ接続孔1041を備えることができる。振動ブリッジ1030はベース部の第1平面に平行な第2平面に位置し得る。
第1リーフバネ1031及び第2リーフバネ1031’は、上部表面1040から下方へ延在し、第1リーフバネ1031及び第2リーフバネ1031’がベース部に締結具(例えば、ネジ)によって接続できるように、孔1039を有する接続フランジ1038/1038’において終端する。第1リーフバネ1031及び第2リーフバネ1031’は、溶着、タッキング、はんだ付け、接着剤等の、他の連結手段によりベース部に固定連結され得ることを理解すべきである。第1リーフバネ1031及び第2リーフバネ1031’は、矢印Aで示す方向に沿って前後に移動できるように、柔軟な材料で作製されてよい。
第3ポリマー作動装置取付部1032及び第4ポリマー作動装置取付部1034は、振動ブリッジ1030の下部表面1042から延在する。図10Aに示すように、第3ポリマー作動装置取付部1032及び第4ポリマー作動装置取付部1034は一般的に断面がL字状であってよく、係合領域1033/1035を有してよい。第1ポリマー作動装置取付部1012及び第2ポリマー作動装置取付部1014と同様に、第3ポリマー作動装置取付部1032及び第4ポリマー作動装置取付部1034は、傾斜部1036/1037を有する。第3ポリマー作動装置取付部1032の傾斜部1036は、第4ポリマー作動装置取付部1034に向かって傾斜しており、第4ポリマー作動装置取付部1034の傾斜部1037は、第3ポリマー作動装置取付部1032に向かって傾斜している。電気カミソリが図10Bに示すように組み立てられた状態にあるとき、第4ポリマー作動装置取付部1034は第1垂直平面において第1ポリマー作動装置取付部1012と対向し、第3ポリマー作動装置取付部1032は第2ポリマー作動装置取付部1014と対向する。ベース部1010、振動ブリッジ1030及びブレードアセンブリ1050は、装置ハウジング1056内に維持され得る。
ブレードアセンブリ1050は、上部表面に複数のブレード1054を備えてよく、下部表面に、ブレードアセンブリ1050が振動ブリッジ1030に固定接続されるようにブレードアセンブリ接続孔1041に挿入されて固定できる連結ピン1053を備えてよい。ホイルカバー1055は装置ハウジングに固定されて、ブレード1054が露出するのを制限することができる。
図10Cを参照すると、第1ポリマー作動装置1060は、係合領域1013において第1ポリマー作動装置取付部1012に固定接続され、係合領域1035において第4ポリマー作動装置取付部1034に固定接続されている。第2ポリマー作動装置1062は、係合領域1015において第2ポリマー作動装置取付部1014に固定接続され、係合領域1033において第3ポリマー作動装置取付部1032に固定接続されている。第1ポリマー作動装置1060及び第2ポリマー作動装置1062は、作動時にそれぞれが異なる方向へ引く(又は押す)ように、互いに平行に位置決めされてよい。第1ポリマー作動装置1060及び第2ポリマー作動装置1062に印加される交流電圧により、第1ポリマー作動装置1060及び第2ポリマー作動装置1062は、矢印Aで示すように、ほぼ直線的な限定された移動範囲で、振動ブリッジ1030を移動させるよう制御できる。振動ブリッジ1030を揺さぶることにより、ブレードアセンブリ1050は前後に移動して、ユーザーの肌に対してブレード1054を移動させることができる。
図10Dは、図10CのB−B断面の断面図を示す。図10Dは、ベース部1010に対して休止している振動ブリッジ1030を示す。この位置において、第1ポリマー作動装置1060及び第2ポリマー作動装置1062には電圧が印加されていない。図10Dに示す実施形態においては、第1ポリマー作動装置取付部1012の傾斜部1016と第4ポリマー作動装置取付部1034の傾斜部1037との間に間隙gが存在する。間隙gによってもたらされる隙間は、矢印Aで示すように、一次元に沿った振動ブリッジ1030の往復直線運動を可能にすることができる。
図10Eも、図10CのB−B断面の断面図を示し、ここでは、振動ブリッジ1030は、矢印Cで示すように、ベース部1010に対して直線的に並進している。振動ブリッジ1030は、第1ポリマー作動装置1060の電極に対する電圧の印加によって、直線的に並進した。第1ポリマー作動装置1060は印加された電圧により拡張し、それによって第4ポリマー作動装置取付部1034は第1ポリマー作動装置取付部1012により近づくように運動し、図10Eに示す間隙g’を図10Dに示す間隙gよりも小さくする。したがって、ポリマー作動装置取付部1012、1014、1032及び1034の傾斜部1016、1017、1036及び1037は、振動ブリッジ1030の最大限の到達距離及び可動性を可能にする。
本明細書で使用されるとき、「接触要素」という用語は、口腔中に挿入され得る任意の好適な要素を指すように使用される。好適な要素には、ブリッスル房、エラストマーマッサージ要素、エラストマー洗浄要素、マッサージ要素、舌クリーナー、軟組織クリーナー、硬質表面クリーナー、研磨剤エラストマー要素、例えば旋回フィン(pivoting fin)、プロフィカップ(prophy cup)のような特定の配向又は配置のエラストマー要素、それらの組み合わせ等が含まれる。代表的な好適な接触要素は、米国特許出願公開第2002/0059685号、第2005/0000043号、第2004/0177462号、第2005/0060822号、第2004/0154112号、第2008/0178401号、第2009/0007357号に、及び米国特許第6,151,745号、第6,058,541号、第6,041,467号、第6,553,604号、第6,564,416号、第6,826,797号、第6,993,804号、第6,453,497号、第6,993,804号、第6,041,467号に開示され、これらは全て、全体が参照により本明細書に組み込まれている。エラストマー洗浄要素及び/又はマッサージ要素の更なる好適な例は、米国特許出願公開第2007/0251040号、第2004/0154112号、第2006/0272112号、及び米国特許第6,553,604号、第6,151,745号に記載されている。洗浄要素は、先細、鋸歯状、織縮、陥凹等にされてよい。これらの洗浄要素及び/又はマッサージ要素の幾つかの好適な例は、米国特許第6,151,745号、第6,058,541号、第5,268,005号、第5,313,909号、第4,802,255号、第6,018,840号、第5,836,769号、第5,722,106号、第6,475,553号に、及び米国特許出願公開第2006/0080794号に記載されている。
接触要素は、任意の好適な様式でヘッドに取り付けられてよい。通常の方法には、ステープル留め、アンカーフリータフティング(anchor free tufting)、及び射出成形タフティングが挙げられる。エラストマーを含む接触要素については、これらの要素は、互いに一体となって、例えば、一体型基部部分を有しそこから外方向へ延在するように、形成されてもよい。
ヘッドは、任意の好適な材料から構成される軟組織クレンザーを含んでもよい。幾つかの好適な材料の例には、エラストマー材料、ポリプロピレン、ポリエチレン等、及び同等物、並びに/又はその組み合わせが挙げられる。軟組織クレンザーは、任意の好適な軟組織洗浄要素を含んでよい。歯ブラシでの軟組織クレンザーの構成と並んで、そのような要素の幾つかの例は、米国特許出願公開第2006/0010628号、第2005/0166344号、第2005/0210612号、第2006/0195995号、第2008/0189888号、第2006/0052806号、第2004/0255416号、第2005/0000049号、第2005/0038461号、第2004/0134007号、第2006/0026784号、第20070049956号、第2008/0244849号、第2005/0000043号、第2007/140959号、並びに米国特許第5,980,542号、第6,402,768号、及び第6,102,923号に記載されている。
ヘッドの第1の面上のエラストマー要素及びヘッドの第2の(第1と反対側の)面上のエラストマー要素を含む実施形態について、エラストマー要素は、ヘッドの材料を通って延在するチャネル又は間隙を介して一体に形成されてもよい。第1の面及び第2の面のエラストマー要素の両方が1つの射出成形工程で形成され得るように、これらのチャネル又は間隙は、エラストマー材料が射出成形プロセス中にヘッドを通って流れることを可能にすることができる。
本明細書に記載した実施形態が、リニア電子ポリマーモーターの使用により、リニアシャフト又は他の類似する構造の直線方向の運動を可能にし得ることを理解すべきである。このようなリニア電子ポリマーモーターは、歯ブラシ、電気カミソリ、舌クリーナー等の小型機器装置のリニア駆動システムとして活用できる。本明細書に記載したリニア電子ポリマーモーターで活用されているポリマー作動装置は、従来のリニア駆動システムに比べて可動部品をより少なくできるため、本明細書に記載した実施形態は、そのような小型機器装置において現在実装されている既存のリニア駆動システムの複雑さを低減することができる。
本明細書に開示した寸法及び値は、記載された正確な数値に厳密に限定されるものと理解されるべきではない。むしろ、特に断らないかぎり、そのような各寸法は、記載された値及びその値の周辺の機能的に同等の範囲の両方を意味するものとする。例えば、「40ミリメートル」として開示される寸法は、「約40ミリメートル」を意味するものである。
相互参照されるか又は関連する全ての特許又は特許出願を含む、本願に引用される全ての文書は、特に除外すること又は限定することを明言しないかぎりにおいて、その全容にわたって本願に援用するものである。いずれの文献の引用も、こうした文献が本願で開示又は特許請求される全ての発明に対する先行技術であることを容認するものではなく、また、こうした文献が、単独で、あるいは他の全ての参照文献とのあらゆる組み合わせにおいて、こうした発明のいずれかを参照、教示、示唆又は開示していることを容認するものでもない。更に、本文書において、用語の任意の意味又は定義の範囲が、参照により組み込まれた文書中の同様の用語の任意の意味又は定義と矛盾する場合には、本文書中で用語に割り当てられる意味又は定義に準拠するものとする。
本発明の特定の諸実施形態を図示し、記載したが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び修正を実施できることは当業者には自明であろう。したがって、本発明の範囲内にあるそのような全ての変更及び修正を添付の特許請求の範囲で扱うものとする。
Claims (4)
- リニア電子ポリマーモーターであって、
固定部材(117)と、
リニアシャフト(112)であって、前記リニアシャフトと関連付けられた軸線(102)を有する、リニアシャフトと、
第1端及び第2端を備えるポリマー作動装置(114)であって、前記ポリマー作動装置の前記第1端が前記リニアシャフトに固定接続され、前記ポリマー作動装置の前記第2端が前記固定部材に固定接続された、ポリマー作動装置と、
第1端及び第2端を備える付勢部材(115)と、
を備え、
前記付勢部材の前記第1端が前記リニアシャフトに固定接続され、
前記付勢部材によってもたらされるバネ力が前記ポリマー作動装置によってもたらされる前記リニアシャフトの運動に対抗するように、前記付勢部材の前記第2端が、前記固定部材に固定接続され、
前記ポリマー作動装置が、前記軸線に沿って前記リニアシャフトを移動させるための電圧を受けた後に、長さを変える、リニア電子ポリマーモーター。 - 前記付勢部材がバネを備える、請求項1に記載のリニア電子ポリマーモーター。
- 前記付勢部材が第2ポリマー作動装置(215)を備える、請求項1又は2に記載のリニア電子ポリマーモーター。
- ガイド用スリーブ(113)を更に備え、前記リニアシャフトの運動が実質的に直線状になるように、前記リニアシャフトが前記ガイド用スリーブを通じて位置決めされる、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリニア電子ポリマーモーター。
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