具有用于个人护理用具的共振结构的附件和方法与流程

本实施例一般地涉及诸如电动牙刷的个人护理用具，更具体地涉及一种具有用于个人护理用具的共振结构的附件以及一种利用该共振结构实现运动的方法。

背景技术：

结合口腔健康护理，利用牙刷(例如，电动牙刷)去除斑块的主要原理是获得足够的至斑块的刷毛末端压力。增加刷毛末端触及的面积将增加用户的临床结果。传统上，这样做的最佳方式是通过向电动牙刷的刷头提供附加的刷毛。然而，提供附加的刷毛的缺点是其需要较大的压板或较大的刷毛振幅，这需要较大的电机输出。另一个缺点是较大的压板减少了到达难以到达的位置(例如臼齿间隙区域)的口内通路，并且由于刷头的惯性矩增加，还大大增加了电机负载。大的电机振幅难以用电流传动系实现，并且大大增加了功率需求，这是不期望的。

因此，需要一种用于克服现有技术中的问题的改进的方法和装置，其在没有更大的压板或高耗电传动系电机的情况下实现更大的刷毛末端覆盖。

技术实现要素：

根据一个方面，公开了一种用于个人护理用具的附件，其包括共振结构作为获得超出根据个人护理用具的运动的典型刷毛扫掠的新运动和益处的创新方式。本公开的实施例有利地提供了使用当前制造技术实现共振结构的新方法，以及如何对这些益处进行建模和优化。

根据一个实施例，一种个人护理用具包括手柄、电机控制器和附件。手柄包括传动系和传动轴。电机控制器被配置为控制传动系的操作以产生第一机械刺激和第二机械刺激中的至少一个。附件具有主体，该主体具有在附件的近端和远端之间延伸的主轴，其中近端耦合到传动轴，并且其中远端包括附接共振结构。响应于第一机械刺激，附接共振结构实施清洁运动，以及(ii)响应于第二机械刺激，附接共振结构不但实现清洁运动和还实现清洁运动和附加运动，诸如沿着相对于主轴具有大于零的角度的轨迹的运动。

在另一实施例中，附接共振结构包括从由悬臂刷毛的至少一个分支、至少一组刷毛、悬臂压板、多个柔韧结构、多个柔韧结构内的中心刷毛簇以及其任意组合构成的组中选择的一个。在共振结构包括悬臂刷毛的至少一个分支的实施例中，附加运动包括轻敲运动。在共振结构包括至少一组悬臂刷毛的实施例中，附加运动包括振荡运动(例如，振荡共振运动)，振荡运动包括从由(i)沿主轴以及(ii)垂直于主轴构成的组中选择的至少一个。在共振结构包括悬臂压板的另一实施例中，附加运动包括从由(i)摆动运动和(ii)波动运动构成的组中选择的至少一个。在共振结构还包括位于中心区域中并从共振结构的主表面延伸的多个柔韧结构的又一实施例中，附加运动包括流动运动。共振结构还可以包括在多个柔韧结构内的中心刷毛簇，并且其中附加运动包括流动运动。

在又一实施例中，一种在个人护理用具中实现附加运动的方法包括提供包括传动系和传动轴的手柄。所述方法还包括通过电机控制器控制传动系的操作来产生第一机械刺激和第二机械刺激中的至少一个。所述方法还包括提供具有主体的附件，该主体具有在附件的近端和远端之间延伸的主轴，其中近端耦合到传动轴，并且其中远端包括共振结构。响应于通过电机控制器控制传动系的操作来产生第一机械刺激，共振结构实现清洁运动。响应于通过电机控制器控制传动系的操作来产生第二机械刺激，除了清洁运动之外共振结构还实现附加运动。

在所述方法的一个实施例中，除了清洁运动之外附加运动包括共振运动，其包括沿着相对于主轴具有大于零的角度的轨迹的运动。在所述方法的另一实施例中，共振结构包括从由悬臂刷毛的至少一个分支、至少一组悬臂刷毛、悬臂压板、多个柔韧结构或多个柔韧结构内的中心刷毛簇以及其任意组合构成的组中选择的至少一个。

本公开的实施例有利地解决了提供一种改进的方法和装置的问题，其在没有更大的压板或高耗电传动系电机的情况下实现了更大的刷毛末端覆盖。

出于多种原因，附件中的共振结构是有益的。例如，具有用于实现附件的摆动和/或附加运动的共振结构的附件有利地提供了来自共振结构的附加的功率末端运动。此外，共振结构的摆动和/或附加运动可以潜在地清洁先前达不到的难以到达区域中的区域。此外，附加的刷毛运动和附件运动可以提供在个人护理用具上可用的附加的独特特征。

根据本公开的实施例的共振结构有利地提供附件的改进的性能。口内感觉和牙斑去除可以通过共振来增强。附件刷毛的较大运动导致更多的口腔覆盖，因此去除更多的牙斑，其可以例如通过刷毛鞭打来仔细地平衡和/或对任何潜在的负面口内感知进行权衡。此外，通过附件的共振结构的按摩和/或敲打也可以用于向牙齿和牙龈传递新的感觉。

根据本公开的实施例的共振结构还可以有利地提供寿命周期指示器。共振结构由于其额外的运动而具有固有的应力集中/疲劳点。因此，附件的共振结构可以被调节使得适当的疲劳点用作附件更换指示器(例如，附加振动的损失、结构的刚度损失、视觉疲劳等)。

在阅读和理解以下详细描述之后，本领域普通技术人员将清楚其它优点和益处。

附图说明

本公开的实施例可以采取各种部件和部件的布置以及各种步骤和步骤的布置的形式。因此，附图是为了说明各种实施例的目的，并且不应被解释为限制实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。另外，应注意，附图可能未按比例绘制。

图1是根据本公开的实施例的具有带有共振结构的附件的个人护理用具(诸如电动牙刷)的示意图；

图2包括示出具有共振结构的附件的两个侧视图的图(2A、2B)，其中附加运动包括轻敲运动，以及示出根据本公开的实施例的两个不同共振结构的顶视图的图(2C、2D)；

图3(3A、3B)是根据本公开的实施例的具有共振结构的附件的侧视图，其中附加运动包括正弦运动；

图4(4A、4B)是根据本公开的实施例的具有共振结构的附件的侧视图，其中附加运动包括拱形运动；

图5(5A、5B)是根据本公开的实施例的具有共振结构的附件的顶视图，其中附加运动包括摆动运动；

图6(6A、6B)是根据本公开的实施例的具有共振结构的附件的底视图，其中附加运动包括波动运动；

图7(7A、7B、7C)是根据本公开的实施例的示出了波动运动的沿着图6B的线7-7截取的附件的截面图；以及

图8(8A、8B、8C、8D)是根据本公开的实施例的具有保持共振结构的附件的说明性视图。

具体实施方式

参考在附图中描述和/或示出并在下面的描述中详细描述的非限制性示例，更充分地解释本公开的实施例及其各种特征和有利细节。应当注意，附图中所示的特征不一定按比例绘制，并且一个实施例的特征可以与本领域技术人员将认识到的其他实施例一起使用，即使在本文中没有明确说明。可省略对众所周知的部件和处理技术的描述，以免不必要地模糊本公开的实施例。这里使用的示例仅旨在便于理解可以实践本发明的实施例的方式，并且进一步使本领域技术人员能够实践本发明的实施例。因此，这里的示例不应被解释为限制本公开的实施例的范围，本公开的实施例仅由所附权利要求和适用法律限定。

应当理解，本公开的实施例不限于本文所描述的特定方法、协议、装置、设备、材料、应用等，因为这些可以变化。还应当理解，本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制所要求保护的实施例的范围。必须注意，如本文和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数指代，除非上下文另有明确指示。

除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开的实施例所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。描述了优选的方法、装置和材料，但是在实施例的实践或测试中可以使用与本文描述的那些类似或等同的任何方法和材料。

根据本公开的实施例，用于个人护理用具的附件的共振结构依赖于该附件在放置在来自个人护理用具的传动系的规定激励下时的振动特性。共振可以在各种地方和以各种方式发生。例如，共振可以根据附件的扭转旋转、附件的弯曲振动、附接末端的摆动、刷毛鞭打、压板中的波振动等中的一个或多个而发生。

由给定材料构成的特定结构的共振取决于材料的声速、结构的形状的几何形状以及该特定结构附接到相邻结构的方式。此外，驱动共振的最重要的是用于驱动共振的传动系输出。存在可以创建和刺激共振结构附件的多种不同方式。

对于理想化的悬臂梁的横向弯曲，以下运动等式描述了其行为：

其中“E”是材料刚度—弹性模量；“I”是几何/质量分布—惯性矩；“ρ”是质量密度；“A”是横截面积；“x”是从射束的底部到感兴趣点的距离；“y”是感兴趣点在弯曲期间行进的垂直距离；以及“t”是时间。

求解对象的自然振动频率，我们得到以下等式：

其中自然频率“ω”取决于以下变量：材料刚度—弹性模量，“E”；几何/质量分布—惯性矩，“I”；质量密度，“ρ”；横截面积“A”；以及“k”，其是给定自然频率的对应波数。关于共振激励，发明人已经发现，通过设计附接共振结构的共振频率以匹配传动系的给定输出(或多个输出)，共振行为被呈现。

已经在利用刷毛或压板作为附件中的共振结构的几个原型中证明了共振。附件中的共振结构的共振从位于个人护理用具的手柄中的传动系以机械方式驱动。附件中的共振结构被适当地设计为响应于来自传动系的机械刺激。共振的示例包括(i)可以提供潜在按摩或邻间受益的压板“敲打”、(ii)可以提供潜在增加的功率末端可达性的附件“摆动”、(iii)可以提供潜在增加的斑块去除和牙龈线清洁的刷毛振幅或刷毛“鞭打”；以及(iv)可以例如在附接件的远端处的结构的中心处提供潜在的牙膏保持的橡胶结构。

现在参考图1，示出了本公开的个人护理用具10的示意图。根据本公开的实施例，个人护理用具10包括手柄16、电机控制器18和具有共振结构14的附件12。在一个实施例中，附件12包括可更换附件。个人护理用具10优选地包括电动牙刷。手柄16包括传动系20和传动轴24。传动轴24也从手柄16的远端28延伸。

电机控制器18(即控制电子器件)包括任何合适的控制器、微控制器、处理器、电源和/或其它提供功率和用于实现各种功能的控制信号的电子器件，或其任何组合，如本文进一步讨论。另外，个人护理用具10还包括在(i)OFF状态和(ii)至少一个激活ON状态之间可操作的激活按钮30(或等同机构)。至少一个激活ON状态可以包括用于利用个人护理用具10实现各种护理程序和/或操作的一个或多个操作状态，如本文所讨论。另外，至少一个激活ON状态包括关于结合护理程序和/或操作实现共振结构的共振的合适的过程和/或控制程序。

在一个实施例中，电机控制器18被配置用于控制传动系20的一个操作或多个操作以产生第一机械刺激和第二机械刺激中的至少一个。例如，第一机械刺激可以包括具有第一共振频率的扫掠清洁运动，并且第二机械刺激可以包括具有第二共振频率的运动。在另一个实施例中，电机控制器18被配置用于控制传动系在OFF状态与(i)具有第一共振频率的第一机械运动和(ii)具有第二共振频率的第二机械运动中的至少一个之间的操作。

仍参考图1，附件12具有主体32，主体32具有在附接件12的近端36和远端38之间延伸的主轴34。近端36通过压配或其他合适的耦合机构来耦合到从手柄16的远端28延伸的传动轴24的部分。附件12的远端38包括共振结构14，共振结构14可以包括根据附件的具体应用的要求而配置的刷毛40。

在操作中，响应于电机控制器18操作以控制传动系20的操作以产生第一机械刺激(例如，具有第一共振频率的第一清洁运动)，共振结构14实现清洁运动42。响应于电机控制器18操作以控制传动系20的操作以产生第二机械刺激(例如，具有第二共振频率的第二运动)，共振结构14不但实施清洁运动42，还实施清洁运动和至少一个附加运动(44、46、48、50、52)，如将在下文参考共振结构14的各种实施例进一步讨论的。

共振结构14选自由悬臂刷毛的至少一个分支43、至少一组悬臂刷毛45、悬臂压板47、多个柔韧结构56、多个柔韧结构(56)内的中心刷毛簇(58)及其任何组合(图2至图8)构成的组。“悬臂刷毛的分支”是指可以独立于压板的其余部分移动的压板的单独臂。“一组悬臂刷毛”是指柔性压板上的刷毛，其中可以在柔性压板内产生波形。

现在转到图2，在图(2A、2B)中示出了具有共振结构14的附件12的两个侧视图，其中附加运动包括轻敲运动44，并且在图(2C、2D)中示出了根据本公开的实施例的两个不同共振结构的顶视图。共振结构14包括悬臂刷毛的至少一个分支43，并且附加运动包括共振轻敲运动44。在一个实施例(图2(A、B、C))中，较靠近附件12的近端36的轻敲运动44的振幅小于较靠近附件12的远端38的轻敲运动44的振幅。在另一实施例(图2(D))中，较靠近附件12的远端38的轻敲运动44的振幅小于较靠近附件12的近端36的轻敲运动44的振幅。在第一示例中，悬臂刷毛的至少一个分支43以类似于音叉的叉子的方式延伸(图2(C))，并且在第二示例中，悬臂刷毛的至少一个分支43以类似的方式延伸，只是音叉的叉子指向相反方向(图2(D))。在另一实施例中，悬臂刷毛的至少一个分支43包括多个悬臂刷毛的分支，并且轻敲运动44包括用于悬臂刷毛的每个分支43的不同的轻敲运动。

在第二实施例中，如图3所示，共振结构14包括至少一组悬臂刷毛45，并且附加运动包括振荡或正弦运动46，其包括选自由(i)沿主轴34和(ii)垂直于主轴34构成的组中的至少一个。仍参考图3，在至少一组悬臂刷毛45的近端和远端之间的振荡运动46的振幅是正弦的。

现在参考图4，示出了具有包括至少一组悬臂刷毛45的共振结构14的附件12的侧视图，并且附加运动是拱形运动48。仍参考图4，至少一组悬臂刷毛45的近端和远端处的振荡运动48的振幅小于振荡弓形式的近端和远端中间的振荡运动48。另外，如图4可见，共振结构14包括附接在至少一组悬臂刷毛45的长度维度上的第一端和第二端处的至少一个上部构件，其中至少一个上部构件的在所述至少一组悬臂刷毛45的长度维度上的第一端和第二端之间延伸的区域不与至少一组悬臂刷毛45连接。

现在参考图5，示出了本公开的附件12的另一个实施例的顶视图。共振结构14包括悬臂压板47，并且附加运动50是共振摆动运动50，其是悬臂压板47的横向于主轴34的运动，并且其在悬臂压板的近端47a处的(即，摆动运动的)振幅小于在悬臂压板的远端47b处的摆动运动的振幅。共振结构14的压板47还包括提供期望摆动运动50所需的适当的梁和重量(例如，沿着压板47的长度维度延伸的中心梁和位于压板的角落处的重量)。此外，刷毛(未示出)从压板的一个或多个主表面延伸。

现在转到图6，示出了根据本公开的实施例的具有包括悬臂压板47的共振结构14的附件12的底视图，并且附加运动是波动运动52。波动运动52包括多个刷毛40的横向于主轴34的运动，并且其在悬臂压板47的第一端处的(即，波动运动的)振幅大于悬臂压板47的第二端处的波动运动的振幅。在一个实施例中，悬臂压板47的第一端可以对应于近端，并且第二端可以对应于远端。可替代地，悬臂压板47的第一端可以对应于远端，并且第二端可以对应于近端。现在参考图7，示出了根据本公开的实施例的沿着图6的线7-7截取的压板47的截面图，其示出了波动运动或刷毛“鞭打”。刷毛鞭打响应于刷毛40(即，刷毛的上部)与支撑结构(即，压板47)异相滞后的运动而发生。此外，这还与比通常预期的更大的刷毛末端振幅相关联。刷毛鞭打导致增加的益处，诸如利用更小的附件来进行更大的口内覆盖的刷毛清洁。

诸如用于飞利浦电动牙刷的传动系上的刷头的附件通常将在正常负载条件下经历峰值到峰值的10度旋转，类似于图7(B)中所示的情况。对于典型的刷头，刷毛将与下面的支撑结构同相地同步移动。总运动量将由下式定义：弧长＝θ·r(即，θ×(从旋转中心54的)半径)。

然而，使用刷毛鞭打，刷毛偏转被设计成在正常操作期间发生。这意味着较大的振幅和刷毛40的运动滞后于压板47的运动。参考图7(C)，在步骤1和2中，刷毛40和压板47基本上在同相(沿第一旋转方向)一起旋转。在步骤3中，压板47已经停止旋转，但是刷毛40继续行进(即，图7(C)步骤3所示的顺时针或向右)。在步骤4中，压板47开始沿相反方向(即，逆时针或向左)旋转，但是由于刷毛40的旋转惯性，刷毛40继续沿原始方向(即，第一旋转方向)旋转。

现在参考图8，示出了根据本公开的实施例的具有共振结构14的附件12的说明性视图。在图8的实施例中，共振结构14包括位于中心区域中并且从共振结构14的主表面处的压板47延伸的一组或多组多个柔韧结构56。共振结构14还可以包括设置在至少一组柔韧结构56内的至少一个中心刷毛簇58。柔韧结构56可操作为呈现作为流动运动60的附加运动并且将洁牙剂或牙膏浆液(未示出)保持在一组或多组多个柔韧结构56内。

在一个实施例中，柔韧结构56包括被配置用于在刷毛簇的中心处进行潜在牙膏保持的橡胶结构。发生类似于“刷毛鞭打”的行为，其中柔韧结构56的顶部落后于压板的运动，如通过图8(A)、8(B)、8(C)和8(D)等的顺序所示。滞后于压板47的运动使得柔韧结构56与附件12的其余部分相比几乎直接异相地移动。此外，这使得中心刷毛簇58在附件12的整个运动周期期间保持几乎不动。因此，这可以导致在附件12上提供牙膏浆料保持的益处。

虽然上面仅详细描述了几个示例性实施例，但是本领域技术人员将容易地理解，在实质上不脱离本公开的实施例的新颖教导和优点的情况下，可以对示例性实施例进行许多修改。例如，本公开的实施例可以有利地在牙科保健应用中用于控制电动牙刷的方法中。因此，所有这样的修改旨在包括在如以下权利要求所限定的本公开的实施例的范围内。在权利要求中，装置加功能语句旨在覆盖本文描述为执行所记载功能的结构，并且不仅覆盖结构等同物而且还覆盖等效结构。

另外，放置在一个或多个权利要求中的括号中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括……的”和“包括”等不排除除了在任何权利要求或说明书中作为整体列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件的单数引用不排除这样的元件的复数引用，反之亦然。一个或多个实施例可以通过包括几个不同元件的硬件和/或通过适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的装置权利要求中，这些装置中的几个可以由同一个硬件项实现。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实不表示这些措施的组合不能用于获利。