KR20030020316A - 3차원 회전 헤드 동작을 하는 전동 칫솔 - Google Patents

Abstract

단부를 가진 회전식 구동 샤프트를 구비한 전동 칫솔은, 칫솔 헤드에 있는 소켓 내에 궤도적으로 고정된 강모 캐리어에 구멍 내에 수용되고 구동 샤프트의 중앙 종축선으로부터 옵셋 된다. 구동 샤프트의 회전 시에는, 단부가 원을 그리며 그리고 3차원적 왕복 좌우동작과 요동 상하동작으로 강모 캐리어를 작동하도록 강모 캐리어와 구동적으로 결합한다.

Description

3차원 회전 헤드 동작을 하는 전동 칫솔{POWERED TOOTHBRUSH HAVING THREE DIMENSIONAL ROTATIONAL HEAD MOTION}

종래 대략 원통형의 브러시 헤드를 가진 전동 칫솔은, 모터의 회전운동을 일반적으로 2차원적 회전식 시계방향과 반시계방향으로 왕복운동하는 작동으로 전환하는 직류모터에 의해 운영되었다. 미국특허 4,156,620호에 개시된 바와 같이, 일방향 직류모터의 구동 샤프트의 축운동은 개시적으로는, 피니온과 크라운 기어 조립체에 의한 순환운동으로 변환된다. 다음, 순환운동은 왕복운동으로 전환되어 크라운 기어, 크랭크 아암 및 U자형 고리 조립체에 부착되어 브러시 헤드를 대응적으로 구동한다. 이러한 것은 기구성 오동작의 가능성이 매우 높으며 상대적으로 높은 비용의 생산가를 요하는 복잡한 메카니즘이다.

미국특허 5,625,916호는 구동 샤프트의 단부가 엘보우 형태, 예를 들면 그 자신의 종축선쪽으로 부분적으로 후퇴하고 그로부터 멀어지게 굽어지며 그리고 원통형 브러시 헤드에 슬롯 내에 배치되는, 간단한 전기 칫솔 구동 메카니즘을 개시하고 있는데, 여기서 슬롯은 원통형 브러시 헤드의 종축선에 대해 평행한 것이다. 구동 샤프트의 일방향성 회전으로, 엘보우가, 원통형 브러시 헤드의 종축선에 대한 상하방향으로 이동 동작하는, 구동 샤프트의 종축선을 중심으로 대응 일방향 원을 그리어서, 원통형 브러시 헤드가 2차원으로 좌우로 왕복운동 하도록 슬롯의 측부 엣지와 구동적으로 결합하는 것이다. 상기 2차원적 왕복운동 작용은 사용자의 3차원적 치아의 상태와 강모 다발(bristle tufts)사이에 접촉 지속시간을 제한하여, 칫솔의 세척 유효성을 제한한다.

미국특허 5,862,558호는 강모 단부가 향상된 세척동작에 적합한 원뿔 모양으로 회전하는 3차원 운동을 하는 전동 칫솔 헤드를 개시하였다. 이러한 3차원적 원뿔모양의 회전을 이루기 위해서, 미국특허 5,862,558호는, 2개 베어링 핀(일핀은 칫솔의 종축선에 대해 횡단하며 타핀은 그에 대해서 각이짐), 대비 기어와 피니온 조립체, 및 테이퍼진 디스크를 포함하는 복합 메카니즘을 활용한 것이다. 그러한 복합 메카니즘은 상술된 미국특허 4,156,620호의 경우에서와 같이 즉, 고가의 제조비와 기구 오동작의 가능성이 매우 높다는 결함이 있는 것이다.

따라서 당해 기술분야에서는 간단한 메카니즘을 가지고, 향상된 세척작용에 적합하게 치아에 보다 밀착되게 강모가 순응하는 3차원적 헤드 동작을 제공하는 전동 칫솔의 필요성이 계속하여 있어 왔다.

본 발명은 전동 칫솔(electrically powered toothbrushes)에 관한 것으로서, 특정적으로는 3차원적 왕복 좌우동작과 요동 상하동작을 제공하는 헤드를 가진 전동 칫솔에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 칫솔의 일 실시예를 전방 단면으로 나타낸 도면이다.

도2는 구동 샤프트에 대한 강모 캐리어와 그 접속부의 단면상을 나타내며, 그 헤드의 전방을 나타낸 도면이다.

도3은 구동 샤프트의 굽힘 단부가 구동 샤프트의 중앙 종축선을 가진 수평면에 대하여 9시 지점에서 구동 샤프트의 종축선을 가진 수평면 내에 배열된, 헤드의 좌측 단면이고 그리고 그 우측 단면은 도3의 모습에 거울상 이다.

도4는 구동 샤프트의 굽힘 단부가 구동 샤프트의 중앙 종축선을 가진 수평면에 대하여 12시 지점에 있는, 그 헤드의 좌측 단면도이다.

도5는 구동 샤프트의 굽힘 단부가 구동 샤프트의 중앙 종축선을 가진 수평면에 대하여 6시 지점에 있는, 그 헤드의 좌측 단면도이다.

본 발명은 일 단부에 헤드와 타 단부에 손잡이가 배치된 신장체(elongated body)를 가진 기구적으로 단순한 전동 칫솔을 제공하는 것이며; 상기 헤드는 곡선진 측부를 가진 소켓을 구비하며; 상기 소켓은 그 안에 궤도적으로 배치된 강모 캐리어를 함유하며; 상기 강모 캐리어는 그로부터 연장된 복수의 강모 다발이 있는 상부면과 소켓의 곡선진 측부에 대응하는 곡률로 이루어진 측부를 가지고; 상기 강모 캐리어에는 그 측부에 구멍이 설치되며; 상기 손잡이는 그로부터 연장되어 구동 샤프트의 중앙 종축선으로부터 변위되어 상기 구멍에서 구동적으로 결합되는 단부에서 마감되는 구동 샤프트를 가진 회전적 구동수단을 갖추도록 배열되며; 구동 샤프트의 회전 시에, 강모 캐리어가 소켓 내에서의 3차원적 왕복 좌우운동과 요동 상하운동으로 단부에 의해 구동된다. 이러한 칫솔헤드의 3차원적 운동은 그 세척력을 향상하는 치아의 3차원면과 칫솔과의 사이에 접촉을 증가시킨다.

첨부 도면에서, 유사한 도면부호는 다수 도면에서, 특히 도1에서, 동일 요소 또는 유사 요소를 언급하며; 도면은 본 발명에 따르는 전동 칫솔(10)을 나타낸다. 칫솔(10)은 칫솔의 제1단부에 손잡이(12), 칫솔의 제2단부에 헤드(16), 손잡이(12)로부터 헤드(16)로 이어지는 회전식 원통형 구동 샤프트(14) 및, 헤드(16) 내에 배치된 강모 캐리어(18)를 포함한다. 강모 캐리어(18)는 복수의 강모 다발(30)이 그로부터 연장되는 평평한 또는 특정적으로 평평한 상부면, 하부면(32) 및 구형 곡률로 이루어진 측부(48)를 구비하고, 상기 구형 곡률의 중간-지점 또는 정점에 단면은 원형이며 강모 캐리어(18)의 중앙부(42)를 통해 지나가는 평면에 놓인다. 손잡이(12)에는 칫솔이 동력으로 움직이도록 양호한 수단을 제공하며, 전기모터(20)와 2개 건전지(22,24)를 보유하는 구획실이 있으며, 그리고 모터를 활성과 비활성으로 조작하는 도시 않은 전기 스위치도 있다. 일반적인 샤프트 커플링(26)이 구동 샤프트(14)를 모터(20)에 접속하도록 배열되며, 필요에 따라서는 대체 헤드가 강모(30) 마모 시에 활용될 수 있도록 임의적 수단이 손잡이(12)로부터 헤드(16)를 탈착시키게 한다.

도2와 도3에 도시된 바와 같은 헤드(16)는 개방 상부를 가진 공동 또는 소켓(28)과, 대체로 평평하거나 볼록한 하부(34)와 완만한 볼록 구형측부(46)를 구비하여, 강모 캐리어(18)가 그 안에 배치되어 3차원적으로 예를 들면 궤도적으로 회전할 수 있는 하우징을 제공한다. 소켓(28) 내에 강모 캐리어(18)의 상기와 같은 궤도 운동이 용이하도록, 강모 캐리어(18)의 측부(48)는 소켓(28)의 구형으로곡선진 측부(46)의 것과 근접하게 정렬 배치된 완만한 볼록 구형 곡률을 구비한다. 부가로, 강모 캐리어(18)는 소켓의 하부(34)와 강모 캐리어의 바닥면(32)과의 사이에 간극이 있도록 소켓(28) 내에 배치된다. 이러한 간극은, 제2대향측이 도4와 도5에서 볼 수 있는 바와 같이 소켓(28)의 밖으로 상방향으로 궤도적으로 회전하면서 소켓 내로 하방향으로 강모 캐리어(18)의 일 측부의 궤도적 회전을 허용한다.

도4와 도5를 참고로 설명한다. 헤드(16) 내에 강모 캐리어(18)의 위치는, 구멍이 양호하게 원통형으로 강모 캐리어(18)의 외부 원주부로부터 반경 내부방향으로 연장하는 구멍(50)에 회전식으로 일시 보유되는 구동 샤프트(14)의 굽힘 단부(36)에 의해 유지되어 제어된다. 구멍(50)의 단면은 굽힘 단부(36)의 단면과 양호하게 일반적으로 동일하여, 그 사이에 있는 최소 플레이를 남기게 된다. 굽힘 단부(36)는 구동 샤프트(14)의 중앙 종축선(38)으로부터 변위되거나 옵셋되어서 중앙 종축선(38)을 향하는 방향으로 뒤로 굽어지고, 따라서 굽힘 단부(36)는 강모 캐리어(18)의 중앙 지점(42)을 향하는 방향으로 A-A축을 따라서 모여진다. 강모 캐리어는 중간-지점 원형 단면으로 놓여있는 평면에 대하여 수직적이고 강모 캐리어(18)의 중앙 지점(42)을 통하여 지나가는 중앙 축선(40)을 구비한다.

각도(β)는 A-A축과 중앙 종축선(38) 사이에 형성된다. 각도(β)는 도4와 도5에서 볼 수 있는 바와 같이 양호하게는 12.5도이며, 굽힘 단부(36)는 각도(β)에 대한 여각인 77.5도의 각도로 중앙 종축선(38) 쪽으로 굽어진다. 굽힘 단부(36)가 구동 샤프트(14)에 의해 회전됨으로서, 중앙 종축선(38)을 중심으로 한 원을 그리어서, 12.5도의 양호한 각도(β)로, 상기 원호가 25도 좌우 및 상하의 경계를 정하도록, 각도(β)에 대해 비례적으로 왕복 좌우 원호와 요동 상하 원호로 강모 캐리어(18)를 구동한다. 굽힘 단부(36)의 옵셋(off-set)은 각도(β)가 약5 내지 약20도 이도록 변경될 수 있는 것이다. 예를 들면 굽힘 단부(36)는 대응적으로 85도 내지 70도의 각도로 중앙 종축선 쪽으로 굽어질 수 있으며; 따라서 강모 캐리어(38)가 결과적으로 중앙 지점(42)에 대하여 작거나 더 크게 요동하는 상하 및 왕복하는 좌우 3차원 동작으로 구동할 것이다. 강모 캐리어(18)의 생성된 요동 상하동작과 상관된 굽힘 단부(36)의 상대적 위치는, 회전된 굽힘 단부(36)로서, 도3, 도4, 및 도5에서 볼 수 있는 바와 같이 된다.

도3, 도4, 및 도5에 도시된 브러시 헤드(16) 내에서, 강모 캐리어(18)는, 강모 캐리어(18)의 둘레 주위에 외부 강모가 양호하게 브러시 헤드(16)의 중앙에 근접하여 있는 내부 강모보다 더 길게 이루어진, 상부면으로 연장 형성된 복수의 강모 다발을 구비하며; 각각의 치아의 곡선면에 부합하고 칫솔에 적용된 치약의 량을 유지하도록 강모 단부에 의해 한정 형성된 표면 내에 리세스를 제공한다. 내부와 외부 강모의 이러한 길이의 상관 관계에도 불구하고, 도시된 특정한 강모 패턴은 부정형인 것으로서, 상기 패턴은 단지 설명을 목적으로 나타낸 것이다.

도1에서 볼 수 있는 바와 같은 모터(20)는 약2,200rpm으로 양호하게 작동하여, 중앙 지점(42)에 대하여 분 당 약4,400의 완전한 좌우상하의 진동을 하는 강모 캐리어(18)의 왕복동작을 제공 한다. 소망되는 장소에서는, 모터는 약800rpm에서 약4,500rpm에 이르는 또는 그 이상에 이르는 다른 속도로 작동할 수 있으며, 또는 모터가 사용자에 의해 선택되는 2개 이상의 속도로 작동하도록 배열될 수 있다.

소켓(28) 내에 강모 캐리어(18)의 완만한 회전을 제공하도록, 소켓(8)을 구비하는 브러시 헤드(16)와 강모 캐리어(18)가 낮은 마찰 계수와 양호한 착용 특성을 가진 플라스틱으로 양호하게 제조된다. 양호한 가변성으로 이루어진 플라스틱은 대만 타이완 젠 테에 소재하는 치 메이 코퍼레이션(Chi Mei Corporation)에서 시판하는 등급 지정 PA757로 시판하는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 공중합체 이다. 특정적으로, 양호한 가변성의 플라스틱은 미국 델라웨어주 19898 윌밍톤에 소재하는 듀폰 엔지니어링 폴리머(DuPont Engineering Polymers)제의 등급 500P인 상표명 Delrin으로 상용되는 폴리옥시메틸렌(POM)과 같은 폴리아세탈(polyacetals) 이다.

Claims (12)

1. 전동 칫솔(10)은: 곡선측(46)을 가진 소켓(28)과 그 안에 배치된 강모 캐리어(18)를 함유하는 헤드(16)를 일단부에서 구비하고 손잡이(12)를 타단부에서 구비한 신장체와;

   그로부터 연장된 복수의 강모 다발(30)이 있는 상부면과 상기 소켓(28)의 곡선측(46)에 대응하도록 곡선진 측부(48)를 구비한 강모 캐리어(18)를 포함하며;

   상기 강모 캐리어(18)는 측부(48)내에 구멍(50)을 가지고;

   상기 손잡이(12)는, 구동 샤프트(14)의 중앙 종축선(38)으로부터 변위되고 그리고 상기 구멍(50)에 구동 가능하게 결합된 단부(36)로 그로부터 연장되는 구동 샤프트(14)를 가진 구동수단을 구비하여; 상기 구동수단에 의한 구동 샤프트(14)의 회전 시에, 굽힘 단부(36)가 소켓(28) 내에 강모 캐리어(18)의 3차원 운동을 이행하도록 적어도 2개 동작으로 강모 캐리어(18)를 작동하는 것을 특징으로 하는 전동 칫솔.
2. 제1항에 있어서, 상기 소켓(28)은 구형으로 곡선진 측부(46)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전동 칫솔.
3. 제1항에 있어서, 상기 구동수단은 회전식 구동수단인 것을 특징으로 하는 전동 칫솔.
4. 제3항에 있어서, 상기 회전식 구동수단은 전기모터(20)인 것을 특징으로 하는 전동 칫솔.
5. 제1항에 있어서, 적어도 2개 동작은 왕복운동과 요동운동인 것을 특징으로 하는 전동 칫솔.
6. 제5항에 있어서, 왕복동작은 좌우 동작인 것을 특징으로 하는 전동 칫솔.
7. 제5항에 있어서, 요동동작은 상하 동작인 것을 특징으로 하는 전동 칫솔.
8. 제1항에 있어서, 상기 강모 캐리어(18)는 중앙축선(40)을 구비하고;

   단부(36)는 중앙 종축선(38)의 교차면 쪽으로 모여지고 그리고 단부(36)는 약70도 내지 약85도의 각도로 중앙 종축선(38) 쪽으로 각이진 것을 특징으로 하는 전동 칫솔.
9. 제2항에 있어서, 상기 단부(36)는 약77.5도의 각도로 중앙 종축선(38) 쪽으로 각이진 것을 특징으로 하는 전동 칫솔.
10. 제1항에 있어서, 상기 구동 샤프트(14)는 약800 내지 약4,500rpm으로 회전하는 것을 특징으로 하는 전동 칫솔.
11. 제1항에 있어서, 상기 구동 샤프트(14)는 약2,200rpm으로 회전하는 것을 특징으로 하는 전동 칫솔.
12. 제1항에 있어서, 헤드(16)와 강모 캐리어(18)는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(acrylonitrile-butadiene-styrene) 공중합체 또는 폴리옥시메틸렌 공중합체(polyoxymethylene copolymer)로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 전동 칫솔.