专利名称：对刷式自动牙刷的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种牙刷，具体讲涉及一种能自动沿齿缝自齿根向齿端方向将牙齿刷干净的自动牙刷。这种牙刷刷体小，易刷净齿缝，能很好地完成合理的刷牙动作，从而在牙龈不受掀动性损害的情况下，自动地把牙缝、内外齿面和啮合面刷净。
通常的牙刷，完全靠手操作，多数人没有耐心按医学和卫生上的要求刷牙，即上牙从上往下刷，下牙从下往上刷那样的单向刷动，而往往作上、下往复式的双向刷动，或者采用沿与齿缝垂直的方向横向拉伸法刷牙。这两种方法从保护牙齿的医学卫生角度看，都是完全错误的。上下往复式刷牙时，不仅会把被刷下的污物推挤到齿缝根部，而且还会推挤、掀动牙齿根部的牙龈肉，促成牙龈退缩，使齿根外露，毁坏牙齿。横向拉伸刷法刷牙不仅不能把齿缝刷净，也会在一定程度上掀动和损伤牙龈。不仅如此，一般牙刷的刷毛较硬，长期横向拉伸法刷牙会磨损齿面，中老年时往往齿根与牙龈结合部磨出龋齿沟和齿槽，产生牙病。而多数牙病均发生在未被刷到的牙齿部位上。最近公开了一系列转动式牙刷，分为手动和自动两类。这种牙刷都有沿圆柱面栽有与之垂直的刷毛的刷头，当刷头沿中心线转动时，其上的刷毛与齿面相切式运动，把牙齿刷净。这种牙刷有单刷头和双刷头两类。对单刷头转动式牙来说，如果刷牙时刷头的转动方向反了，导致刷毛由齿端移向齿根，则有掀动牙龈之虞。对于双刷头转动式牙刷而言，为了不使这种牙刷头部过大，必须缩短刷毛的长度，而且也不易栽满刷毛。这些牙刷工作时，由于刷毛端部始终作圆周运动，刷牙时刷毛端与齿面成相切关系，无法刷到齿根和齿缝，失去刷牙效果。详见CN87207253、CN2053457、CN2053051、CN2056325、CN2051099等号实用新形专利公告和CN1041099号公开的发明专利申请。
国内现在生产的一种电动牙刷，这种牙刷在刷头上有旋转式两排共十撮互为正反转的刷毛，在其旋转过程中把牙齿刷净。但是由于这种牙刷的每撮刷毛接触齿面时端部直径为3-5mm，所以在刷牙根部时，沿顺时针方向旋转的刷毛端部运动形成的圆弧若与齿龈方向相顺，则另一侧作逆时针方向旋转的刷毛则掀动牙龈，这在医学卫生上同样是不合理的。此外这种电动牙刷价格昂贵，每把售价相当普通牙刷的二百余倍，虽然刷毛用坏时可更换刷头，但其价格仍为普通牙刷的十余倍。这样的价格，显然是中国人难以承担的。
尼斯·杰·赫杰曼在CN88102771号公开的发明专利申请中，介绍了一种刷头和刷毛相对于刷柄作不同方式转动的牙刷。在由齿轮和齿条传动的相对的两个转盘和齿条上均栽有刷毛，刷牙时这些刷毛同时能将牙齿的内外面和咬合齿面刷净。但是这种牙刷结构复杂，刷头体积大，刷牙时不能将齿缝和齿根刷干净，而且会掀动牙龈。
随着人们生活水平的不断提高，加之全国保护牙齿学会，口腔医院及全国保护牙齿日活动的广泛宣传教育，人们对保护牙齿的重要性日益重视。这样，在日常生活中，尤其在匆忙的早晨，人们很需要一种既能方便快捷地把牙齿清刷干净，同时又不损伤牙龈及齿面、经久耐用、价格普遍可以承受的新型刷牙工具。本发明的目的在于提供一种能克服上述缺点的自动牙刷，这种牙刷放在口腔中牙齿相应部位后，不需要再做传统的刷牙动作，只需要使其在口腔中慢慢沿着牙齿拉出或送入，便能自动把牙齿的齿面、齿缝、齿根自齿根向齿端方向刷净，操作简单，使用方便，成本低廉。本发明人针对现有牙刷中存在的上述问题，经过多种方案的研究对比发现，利用两对曲轴传动及控制平衡的机械原理，驱动两个分开的刷头，分别轮换完成所需的刷牙动作，是实现本发明目的的最简单、可靠、安全、舒适的动作方式，因而完成了本发明。
本发明提供的一种对刷式自动牙刷，其中包括动力源、驱动部件、变速机构、动作分配机构、刷体及刷柄。
a.所说的动力源是电源;
b.所说的驱动部件是由所说的电源驱动并由手动开关控制的微型电动机;
c.所说变速机构是由所说电动机驱动以单轴输出一定转速和扭矩的齿轮减速机构;
d.所说的动作分配机构，经所说减速机构输出的转速和扭矩驱动，通过其齿轮组带动两组曲轴按相同转速在一定相位差下做方向相反的转动;
e.所说的刷体，是受所说的动作分配机构驱动和控制的一对可更换的刷子，在工作状态下，所说的两个刷体按一定速度依次作取向不变的相对转动，从而使刷上的刷毛反复向齿面伸出后作自两侧牙根至牙尖相向扫过的动作;
f.所说的刷柄，既是所说牙刷的把握和操作柄，又是容纳和固定a～e部件的密封壳和箱体;
而且还设有g.辅助部件，它是便于刷毛和刷体在口腔中工作时减小损耗和便于调节刷体工作深度的护板和所说动作分配机构齿轮箱的上盖和刷柄颈室的上盖。
所说的电源，可以使用各种规格的干电池或充电电池，可以安装在牙刷柄尾端后壳内，并采用手电筒式导线结构使之与所说的微型电动机电连接。所说的微型电动机，可以置于刷柄壳体内中部，通过导线及手动开关与电源连接，为以下所说的部件的工作提供动力。该部件的体积和形状应尽可能适合于安放在壳体中，并能输出足够大的扭矩。
所说的减速机构，包括处于刷柄前部壳体内的减速齿轮组，通过齿轮齿数的变化使驱动部件输出的机械运动在所需的扭矩和转速下传递给动作分配机构。
所说的动作分配机构，包括两组曲轴，与每根曲轴一端固定连接的齿轮组和轴架。每组曲轴包括一根全曲轴和一根半曲轴，分别用作驱动和控制相应的刷体运动。其中全曲轴两端伸直而靠近一端的中间部分平行弯曲，两端轴中心线重合，其弯曲部分包括相对于轴中心线的两个垂直段和一个平行段，当全曲轴转动时所说的平行段带动刷体以轴中心线为圆心作圆周运动。所说的半曲轴一端伸直而另一端平行弯曲，弯曲部分包括相对于轴中心线的一个垂直段及一个平行段，转动时控制相应的刷体在做圆周运动时刷毛取向不变。在每根曲轴一侧的伸直部分端部，各固定有齿轮，这些齿轮互相啮合，使两组曲轴能以相同转速作相反方向旋转，同时两组曲轴旋转时相位相差180°角。两组曲轴中，一根全曲轴上固定的齿轮与减速装置输出齿轮啮合，并通过固定在其它三根轴上的齿轮按所要求的转速和方向将扭矩传递给其它三根轴。两组轴的弯曲部分，在转动时以直轴部分为轴划出圆弧，由其驱动刷体作圆周运动。曲轴直轴部分的长轴端支撑在刷柄壳体颈部支架上并穿入支架的轴孔中，全曲轴直轴部分的短轴端穿在位于辅助部件一侧的轴孔中，用这种方式使曲轴定位。所说的刷体，背部纵向有半圆轴瓦及轴瓦插条形成的圆形通孔，全曲轴弯曲部分的平行段可以插过其中，当此平行段沿曲轴直轴部分转动时，曲轴弯曲部分作圆周运动驱动刷体作同样运动。刷体靠近刷毛侧一端面还有突出的半曲轴轴孔，每组曲轴中半曲轴的自由端插入其中，以保证刷体运动时还受半曲轴的控制。所说的通孔和轴孔分别与全曲轴和半曲轴之间滑动配合使刷体随着全曲轴和半曲轴的转动作刷毛取向不变的以曲轴直轴部分中心线为中心的以角度相差180°的相位关系做圆周运动，模拟人的合理刷牙动作。
所说的刷柄，是一个密封的壳体，包括前壳体和后壳体。前壳体和后壳体靠螺纹连接并用橡胶密封圈密封，形成电源容纳箱。前壳体中设有活动隔板和固定隔板，分别将其隔成微型电机存放箱和减速机构齿轮箱以及与辅助部件共同形成的动作分配机构中齿轮的齿轮箱和刷柄颈室，颈室中的隔板还是所说的曲轴的轴架。刷柄中还设有连接电源和电机的导线和电源开关。刷柄可以做成不同形状，如圆筒形、椭圆形、橄榄形、扁圆形等多种美观适用的外形。为便于使用，电源开关可安置在壳体上便于手控的位置上。
所说的辅助部件，一端有两个支撑两根全曲轴弯曲部分短轴的轴孔，另一端为刷柄颈室及动作分配机构齿轮箱上盖，背部呈栅状，利用溶接济和粘合济与刷柄前壳体密封粘接。刷柄颈室中远离后盖端有两层固定隔板，其上有四个支撑四根曲轴的轴孔，形成双层前轴架，两层轴架的壁之间间隙内注入防漏油脂，用这种方法使刷柄另一端密封。
以下，详细说明本发明的一种具体优选的实施方案。
附图
Ⅰ和Ⅰ′是本发明对刷式自动牙刷的一种具体优选实施方案的纵向上剖视及下剖视的主剖视图及局部放大图;附图2是开关、动作分配部件、轴架、刷体及护板在不同纵向位置的横向及曲向剖视图;附图3是刷体在不同工作部位上的横剖视图;附图4和5是动作分配机构中各齿轮的啮合关系图(该图中的点划线圆为各啮合齿轮的分度圆即节径，用虚线标出的圆为节径小于该齿轮节径，而又被其遮住的齿轮分度圆即节径，凡被上层点划线圆遮住的下层分度圆部分均用虚线表示，以下不再重叙)。
本发明对刷式自动牙刷，使用的一种具体优选牙刷柄，如附图Ⅰ所示，是一种两端略呈锥形横截面略呈椭圆形的塑料壳体，可以用具有一定机构强度、刚性、成形工艺变形性及收缩性小，以及具有很好可粘接性能的各种工程塑料(如ABS、有机玻璃，聚苯乙烯等)注塑成型。它包括前壳体(28)和后壳体(26);(28)和(26)之间用螺纹联接，在联接处用橡胶圈(22)密封。前壳(28)左端内装动作分配机构及轴架。为了注塑成型(采用侧抽心注塑模具或哈夫模结构)工艺及零配件装配的需要，前壳体(28)做成左端上部开口，下半部制成图示的形状(如附图Ⅰ下剖视图、附图2C-C剖视，DYRD剖视图所示)。壳体左上部部分与刷体护板(1)的右部靠粘接连成一体，两者粘接后共同形成呈颈部外形的动作分配机构箱，其中设有作为曲轴的轴架。前壳体(28)左端颈部内有两组凸起的壁状曲轴架，即前轴架(参照附图2C-C剖视图看)，在此两组前轴架之间有2mm间隙的槽，其中可注入防漏油脂(如锂基黄油)等。刷体护板(1)在壳体左端的轴架上部和颈部连接处分别用双组份粘接剂(如快速环氧胶)及溶接剂(如三氯甲烷)使之与所说轴架粘接密封并与颈部两侧溶接密封。由于粘接剂与溶接剂的粘接密封作用，可阻止刷牙时外部水沿接缝处渗入壳体内。由于曲轴与轴架的转动配合间隙在0.02至0.04mm之间，两层前轴架间2mm间隙中注有粘稠油脂，在轴与轴架间产生一层薄油膜，就像自行车各轴瓦处涂抹的黄油一样不会外泄)，因而也不会出现油污牙齿和口腔的问题。由于采用了半固态粘稠的封水法，使联接刷体的曲轴在转动时无扭矩的损耗。由于曲轴穿过其右端的轴架伸出的长度较短，当固定在其上处于啮合下的齿轮在传递转速和扭矩时，造成曲轴右侧伸出端的弹性变形极小。前壳体中部为齿轮减速箱箱体，此箱体左端(到与刷毛体护板(1)相接处止，相接位置从附图Ⅰ下剖视图的剖面线方向变化处看)壁上有直径为1.8mm、中心距为9mm的两个轴承孔(如附图Ⅰ的上、下两剖视图所示);此箱体右端是一个用自攻螺钉拧紧，并用过渡配合方式装入的右箱壁(33)，与其左端固定箱壁相对的位置上亦有两个相同的轴孔，共同承载轴及轴承力，使减速箱中的轴及轴上的齿轮在其间稳定工作。右箱壁(33)中心有一直径为6.5mm的圆孔，是装入电机轴及电机齿轮(17)的装配工艺孔。
前壳体右端靠近螺纹处是电机正负极接触板(21)，将该接触板静配合压入前壳体右端，并在圆周方向设有定位凸凹部位，使之不易轴向移动和沿轴转动。接触板(21)中心部位有弹性铜片(23)与电源正极接触，铜片(23)与开关上常开的一个弹性接触片(29)电联接，进而通过导线(32)与电机的一极相联。接触板右端面靠近圆周处有一宽度为4mm的铜环(24)与装于后壳体内的弹簧及与弹簧连成一体的弹性导线(25)触接，该铜环又与电机的另一极相接。所说牙刷枘的后壳体(26)外形截圆略呈锥形，其内有圆柱形空腔，其后端右端有一后盖(27)，后盖(27)与后壳体(26)之间以子、母口定位压入，并在压入前涂刷溶接剂密封。封接前在后壳体(26)壳壁的细孔或细槽中穿有与弹簧连接的阴极导线(25)，阴极导线右端伸出的部分与处于后盖(27)内端面中央的弹簧相连，靠弹簧的弹性力使放在后壳体(26)中的电池向前顶在正极接触板(23)上。阴极导线自后壳体(26)左端伸出后弯曲90°在3mm处再弯曲90°重新进入其中的一小孔中，形成凸出于后壳体左端面的一段导线。这样，当后壳体(26)通过其左端外圆上的螺纹旋入前壳体(28)右端的内螺纹旋紧后，阴极导线就与固定在前壳体(28)右端正负电极接触盘上的铜环(24)可靠接触。这种结构可以避免更换电池后接触不良的现象发生。在后壳体(26)左端螺纹之外的环形凸台上有一环形槽，环形槽内压入一橡胶圈(22)，当后壳体与前壳体旋紧时，橡胶圈(22)被压紧使前后壳体密封，使壳外部的水不会在两壳接缝处渗入。
本发明一种具体优选的对刷式自动牙刷使用的动力源如附图Ⅰ上剖视所示，是一节1.5伏的普通2号电池(38)，电池外径为25mm，将其放入按其形状设计的后壳体(26)空腔中。电池(38)装入被后壳体(26)内与阴极导线(25)相连的弹簧压向正极方向。当前后壳体旋紧时电池(38)的正极与电极接触板(21)上的弹簧铜片(23)接触，使其电流能随时可靠地提供给电机(20)。电池外径与后壳体内径间有一定间隙，便于电池的倒出和装入。
本发明具体优选的对刷式自动牙刷使用的一种驱动部件，如附图Ⅰ上剖视图所示，是一外径小于24mm的微型电机(20)(例如电动剃须刀或儿童玩具用的)，其使用电压是1.5伏，电流50毫安，转速5000转/分钟。电动机(20)以过渡配合方式装入前壳体右端。电机的前端(即输出轴端)壳体上有定位圆孔，在前壳体中减速箱右端板(33)上右端与此定位圆孔位置相对的凸出的台阶状圆柱，限制电机外壳在壳体中转动和向前窜动;电机后端面被电极接触盘(21)顶住，使之不能后退。电机的一极与电极接触盘(21)上的铜环联接，另一极与开关中的常开的弹性铜片之一(39)相连，开关钮(30)向左推时，处于两铜片(39)、(29)之间，固定在开关钮(30)上的金属柱(31)将此两个分开的铜片电接通，其中金属片(39)与电极接触盘上的铜环接通，金属片(29)与电机的一极接通，这样通过开关钮向前(向后)的推进和后退来控制电机的启动和停转。在电机左端伸出的轴上固定安装一塑料齿轮(17)，作为扭矩输出齿轮与减速机构的过渡齿轮(18)啮合。电机及扭矩输出齿轮(17)的中心线处于减速机构中轴Ⅰ(19)与轴Ⅱ(16)中心线间的中间位置上。齿轮(17)与下面所说的各部件中齿轮均由工程塑料(如聚甲醛、尼龙6等)制造，模数均为0.5mm。齿轮(17)的节圆半径为R＝2mm，齿数为Z＝8，齿轮轴向长度为5mm。
本发明具体优选的对刷式自动牙刷用所的一种减速机构如附图Ⅰ的上下剖视图所示，是放在前壳体(28)和右端板(33)构成的箱体中的封闭式直齿轮多级减速装置。在前壳体(28)的的左端板与右端板(33)之间装入两根齿轮轴(19)和(16)，两轴间距离为9mm。轴(16)在箱壁中与齿轮配合部分的直径为2mm，插入左右箱壁及端板的部分直径为1.6mm，使此轴在箱体中不能轴向窜动。轴Ⅰ(19)在箱壁中与齿轮配合部分的直径也为2mm，插入及左端伸出箱壁的直径也为1.6mm，但与箱壁及端板的配合关系为动配合，使轴(19)在箱壁中虽不能轴向窜动，但却可自由转动。轴(19)左端伸出箱外的部位上固定一个齿轮(11)(固定方法与下面所说动作分配机构上轴与齿轮的固定方法相同，此处省略)。这两根轴可用30号至45号冷拔钢丝简易制成。在轴(19)的右端穿有与之滑动配合的过渡齿轮(18)，齿轮(18)轴向长度为10mm，可在轴(19)上自由转动。齿轮(18)右半部与电机输出齿轮(17)啮合。电机输出齿轮(17)的节圆半径为2mm，齿数为8，过渡齿轮(18)的节圆半径为2.5mm，齿数为10，则两齿轮(17)和(18)的轴距离为2mm+2.5mm＝4.5mm，而电机输出齿轮(17)的中心线是在轴(19)和轴(16)中心线的中间位置上，即9mm÷2＝4.5mm处，符合啮合要求。过渡齿轮(18)的左半部与处于轴(16)右端滑动配合的联轴齿轮(15)上的大齿轮部分啮合。齿轮(15)的右半部是控制其轴向窜动的、外径半径小于2mm、不与其它齿接触的凸台，这个处于联轴齿轮(15)中部的大齿轮部分节圆半径为R＝6.5mm，齿数Z＝26，轴向长度是4mm，它与过渡齿轮(18)的轴距为6.5mm+2.5mm＝9mm，即等于轴(19)与轴(16)之间的轴距。联轴齿轮(15)上的大齿轮与过渡齿轮(18)之间形成减速啮合。联轴齿轮(15)左部是节圆半径R＝2.5mm，齿数Z＝10的小齿轮。处于轴(19)上与过渡齿轮(18)左边靠近的是与轴(19)滑动配合的联轴齿轮(14)，联轴齿轮(14)右半部是节圆半径R＝6.5mm，齿数Z＝26的大齿轮。这样，联轴齿轮(15)左半部的小齿轮与联轴齿轮(14)右半部的大齿轮啮合形成了又一级同样的减速啮合关系。轴(16)上左部又有一个与之滑动配合的联轴齿轮(13)，它同联轴齿轮(14)一起形成了又一级同样的减速啮合关系。轴(19)左端有一个与之固定在一起的大齿轮(12)，其节圆半径为R＝6.5mm，齿数Z＝26。固定安装齿轮(12)的轴部位外圆上冲压出一凸起键，使齿轮(12)在以静配合方式穿入轴(19)该段时不产生齿轮与轴之间的相对转动。
如上所说，电机输出的扭矩经过多级减速后通过大齿轮(12)带动轴(19)从减速箱中再次输出。
上面所说的各齿轮模数相同均为M＝0.5mmm;其齿数电机输出齿轮(17) Z＝8过渡齿轮(18) Z＝10联轴齿轮(15)大轮 Z＝26小轮 Z＝10联轴齿轮(13)大轮 Z＝26小轮 Z＝10联轴齿轮(14)大轮 Z＝26
小轮 Z＝10大齿轮(12) Z＝26则减速比为过渡齿轮(18)∶电机输出齿轮(17)＝10∶8＝1.25;
联轴齿轮(15)大齿轮∶过渡齿轮(18)＝26∶10＝2.6;
联轴齿轮(14)大齿轮∶联轴齿轮(15)小齿轮＝26∶10＝2.6;
联轴齿轮(13)大齿轮∶联轴齿轮(14)小齿轮＝26∶10＝2.6;
大齿轮(12)∶联轴齿轮(13)小齿轮＝26∶10＝2.6;
电机转速为5000转/分钟，即电机输出齿轮(17)转速为5000/分钟;
则减速后轴(14)输出的转速为5000转/分钟÷(1.25×2.6×2.6×2.6×2.6)＝87.53转/分种通过上述计算知，经多级变速后，减速机构为刷体的工作提供了必要的转速和扭矩。
本发明的一种具体优选的动作分配机构如放大的附图Ⅰ的上剖视，下剖视图以及附图2的DYRD剖视图和DOHE剖视图所示〔已在附图Ⅰ中标出过件号的零件，在附图2、附图3、附图4中重现时，标号均加括()〕，由一端(右端)各固定联接有按特殊方式啮合的齿轮的两组共四根曲轴组成。由一根一端是长轴(右端)，另一端是短轴，中间部分是自轴中心线平行外移的全曲轴(4)以及一根右端是长轴，在曲部截短到只有2mm长度的半曲轴(5)，组成上刷毛体曲轴组。由形状与尺寸与全曲轴(4)完全相同的全曲轴(37)〔附图Ⅰ中被全曲轴(4)、半曲轴(6)分别遮挡，只在附图2的C-C剖视图中，DYRD剖视、DOHE剖视图中示出其横截面〕和形状与半轴(5)相同，但右端长度不同的半曲轴(6)组成下刷毛体曲轴组。两组曲轴中，每组曲轴中的全曲轴为各自所连刷毛体的驱动轴，半曲轴为控制各自所连刷毛体按所需方式运动的控制轴。
在牙刷柄前壳体(28)颈部右轴架与减速箱左箱壁之间形成动作分配机构齿轮箱。该箱中齿轮从右至左共分三层，右层为单齿轮及联轴齿轮中的小齿轮，中层为两个联轴齿轮上的大齿轮，左层为单齿轮和联轴齿轮中的小齿轮，中层只有两个联轴齿轮上的大齿轮在矩形点阵中呈对角线啮合，右层和左层为单齿轮和联轴齿轮上的小齿轮啮合。在四根轴中自前壳体(28)颈部向右伸出的直轴部分长度不同，其中两根全曲轴通过其右层齿轮中的小齿轮和联轴齿轮上的小齿轮啮合，两根半曲轴通过其左层齿轮的小齿轮和联轴齿轮上的小齿轮啮合，全曲轴(4)上固定的联轴齿轮(9)在中层与半轴(6)上固定的联轴上的大齿轮相啮合，也就是全曲轴(4)上固定的联轴齿轮(9)的小齿轮在右层，大齿轮在中层;而半曲轴(6)上固定的联轴齿轮(8)的小齿轮在左层，大齿轮在中层，这样可以看出，四根曲轴在以上所说的四点矩阵中，通过两全曲轴之间成直线啮合，两半曲轴之间也成直线啮合，而其中一根全曲轴与其中一根半曲轴成对角线啮合，而形成了直接和间接的完全啮合关系。也就是说，当四根曲轴中的一根轴和轴上的齿轮转动时，其它三根轴能同时转动。由于两根全曲轴(4)、(37)通过动作分配机构齿轮箱中右层的小齿轮和联轴齿轮上的小齿啮合，因而两根全曲轴自前壳体(28)右轴架向右伸出的长度最长，而且相等。而半曲轴(6)自前壳体(28)右轴架向右伸出的长度仅达到该动作分配机构齿轮箱的中部，即联轴齿轮(8)上大齿轮的右端面处;半曲轴(5)右端固定的小齿轮(7)只和动作分配机构齿轮箱的左层与半曲轴(6)上固定的联轴齿轮左部的小齿轮啮合，因而半曲轴(5)伸出前壳体(28)颈部右轴架向右伸出的长度最短，只有一个小齿轮的长度。
两组曲轴的相对位置如附图2的C-C剖视图、DYRD剖视图所示。固定安装在各曲轴一端(右端)的齿轮与减速箱轴(19)输出齿轮(11)的相对位置和啮合关系如附图4和5所示。从附图4可以看出，齿轮(11)到两曲轴组间中心的距离为9÷2＝4.5mm，而两曲轴组的中心距为6mm，即固定其上的小齿轮节圆半径R＝3mm;每组曲轴中全曲轴与半曲轴的中心距为5.5mm。全曲轴(4)与减速箱输出轴(19)的中心距是3mm+2.5mm＝5.5mm，即固定在全曲轴(4)上的联轴齿轮(9)上右层的小齿轮以节圆半径为R＝3mm，齿数Z＝12的参数与减速箱输出轴(19)上固定的小齿轮(11)以节圆半径为R＝2.5mm，齿数Z＝10的关系啮合，从而使与联轴齿轮(9)固定在一起的全曲轴(4)获得所需的转速和扭矩。
从附图2的DOHE剖视图可以看出，通过联轴齿轮(9)上右层的小齿轮与穿过下刷体的全曲轴(37)右端上固定的同齿数齿轮(10)啮合，使全曲轴(37)获得与全曲轴(4)方向相反，转速相同的扭矩。
对照附图Ⅰ的上、下剖视图及附图2的DYRD剖视图可以看出，固定在全曲轴(4)右端联轴齿轮(9)的大齿轮(节圆半径R＝4mm，齿数Z＝16的参数关系)和与下刷毛体(3)活动相联的半曲轴(6)上右端固定的联轴齿轮(8)的大齿轮(节圆半径R＝4mm，齿数Z＝16)啮合，使得与下刷体(3)相连的半曲轴(6)具有与全曲轴(4)方向相反，转速相同的扭矩;如上所说，因此使全曲轴(37)也具有与全曲轴(4)方向相反，转速相同的扭矩，半曲轴(6)与全曲轴(37)具有方向相同，转速相同的扭矩，形成一对曲轴组。
从附图2的DYRD剖视图中可以看出，在与下刷体(3)活动相联的半曲轴(6)上固定的联轴齿轮(8)，左层是小齿轮，它(节圆半径R＝3mm，齿数Z＝12)与固定在半曲轴(5)右端的小齿轮(7)(节圆半径R＝3mm，齿数Z＝12)啮合，从而使半曲轴(5)获得与半曲轴(6)方向相反，转速相同的扭矩。同样道理，使半曲轴(5)获得与全曲轴(4)方向相同，转速相同的扭矩，形成另一曲轴组，并且使两曲轴组转速相同，方向相反。
另外，如上所说，减速箱输出轴齿轮(11)的齿数Z＝10，而固定在全曲轴(4)右端联轴齿轮(9)右层与之啮合的小齿轮齿数Z＝12，因此，齿轮(9)和(11)的转速比为12÷10＝1.2，由于输出齿轮(11)的转速为87.53转/分钟，则各曲轴的转速为87.53转/分钟÷1.2＝72.94转/分钟。
即各曲轴的工作转速约为73转/分钟。
由上述可知，上刷体曲轴与下刷体曲轴组之间可以获得方向相反，每分钟73转的转速，这是促成两个刷体沿相反方向交替运动的前提条件。
从附图2的A-A、B-B剖视图及附图3的B-B剖视图可以看出，两组曲轴在运动的每一时刻均相差180°角，这是两个刷体交替利用刷体护板内空间位置的条件。
为便于在附图及说明书中表示，附图中四根曲轴是按矩形配置的，这样的设计是可行的。但在实际设计和制造中，为更好地避免因制造误差所引起齿轮之间及齿轮与轴之间的碰撞，可以设计的使两个全曲轴的轴距仍为6mm，而两个半曲轴之间的轴距缩小(例如5mm)，半曲轴与全曲轴之间的轴距加大(例如5.8mm)，如附图5的点划线圆所示。
本发明的对刷式自动牙刷的刷体，如附图Ⅰ的上、下剖视图、附图2中的A-A、B-B、F-F剖视图，及附图3的两个B-B剖视图所示，是由有机玻璃之类塑料注塑成型、刷座上装有刷毛的一对平面对称的条状刷子(2)、(3)。每个刷座正面有两排一定深度的刷毛孔，其上用栽毛机栽上刷毛。在刷体(2)。(3)背部沿纵向有一开口的长槽，在和开口相对的内槽面呈半圆面，其圆弧半径与曲轴半径相同(名义尺寸相同，但是与曲轴之间应当留有适当的滑动配合间隙)，在长槽两侧面上各有凹入的弧状定位沟。与长槽配合的插条(35)、(36)两侧有外形与定位沟相同的凸起弧状筋，该插条下部有与曲轴半径名义尺寸相同的圆弧状凹面槽。所说的插条可以沿其弧状筋自刷体的弧状凹入的定位沟插入，在刷体上形成把全曲轴弯曲部分的平行段固住的圆形孔，形成两个半轴瓦式的联接。此外，在刷体(3)、(4)长槽一端侧面上有一小凸起(如附图2的F-F剖视所示)，插条(35)、(36)上与之相应部位的两侧各有一个凹陷部分，它在插条插入刷毛体后起到锁定作用，即需要用一定克数的力才能把插条(35)、(36)从刷体(3)、(4)中插入或拔出，这样，既保证刷体相对于曲轴稳定转动，又便于更换新的刷体。
刷体(3)、(4)右端靠近刷毛的部分有2mm厚的一段凸壁，凸壁上有与半曲轴弯曲部分短轴直径相同并与之滑动配合的孔，该孔与刷体背部轴瓦式通孔的中心距与每组曲轴中全曲轴与半曲轴的中心距完全相同。这样，当该组曲轴的全曲轴与半曲轴作同步运转时，与之相连的刷体就在该组曲轴驱动和控制下进行如附图3右剖视图所示的方式运动。由于刷体还受到半曲轴的控制，该半曲轴又与其同组的全曲轴同步，同方向，同转速，同弯曲半径下转动，这样刷体不仅被全曲轴驱动运转，而且还受到同组的半曲轴控制。因此，刷体在运动中各个面始终按原来的取向平行移动，不产生角度变化。这样一来，在刷牙时即使刷体上的刷毛与牙齿磨擦受阻，每撮刷毛都会按其原有方向平行移动，不会出现刷毛翻转现象。这是本发明对刷式自动牙刷动作方式上的要点之一。
附图3中B-B剖视图右图上的点划线圆为每根刷毛在运动中的轨迹;W-W线之上为刷毛退离牙齿后逐渐向齿根方向运行的轨迹;W-W线之下为刷毛从齿根处起接触牙齿刷牙的运动轨迹。由于护板(1)放入口腔中贴于腮处，它保护着刷毛体(2)、(3)使之在运动中不会直接碰撞腮部(减少不必要的功率损耗)，而且由于腮部肌肉对刷体护板(1)存在弹性压力，随时调节刷毛与齿面接触力的大小或向齿缝中插入的深度，所以，当刷毛开始通过W-W线伸入牙齿根部齿缝并向齿尖移动时，腮部肌肉压迫刷体护板(1)，并通过其使刷毛进一步伸入齿根部的齿缝。当刷毛继续沿该图中圆弧线的下半圆轨迹向齿尖处移转时，从图中可以看出，如果腮部肌肉与齿面间的距离固定不变，那么伸入齿缝中的刷毛长度将进一步增加。但是实际上每排刷毛中一部分适当弯曲，只有不弯曲的部分刷毛可进入齿缝，未进入齿缝的刷毛因弯曲出现的反弯转力指向刷体背部方向，促使刷毛体护板克服腮部肌肉的收缩力向远离牙齿面的方向退缩。当刷毛端部轨迹经过最高点(该图中为最低点)后，刷毛对齿面的压力随之减少，此时腮部肌肉的压力又使刷毛继续伸入齿缝。这种刷毛与牙齿之间压力的自动调节作用使刷毛在6mm齿向长度刷程(曲轴转一周的轨迹直径)内，始终能保持刷毛适当伸入齿缝的大致稳定的深度。实际上从刷毛开始接触牙齿直至一个刷程完成退出止，刷毛可以在适当的伸入深度下与牙齿磨擦。
本发明对刷式自动牙刷的一种具体优选的辅助部件，如附图Ⅰ的上、下剖视图，附图2的A-A、B-B剖视图和附图3的B-B剖视图所示，左端有两个轴孔，背部成栅状，右端为前壳体(28)颈部一部分及动作分配机构齿轮箱上盖。如上所说是用粘接剂和溶接剂密封粘接在前壳体上的。其左端的两个轴承盲孔是全曲轴(4)、(37)的支撑轴承;背部栅状护板既保护刷体在口腔中运动不受阻碍，自动与腮部肌肉一起调节刷毛伸入齿缝深度，又便于刷体更换及甩掉污物和水份。
本发明对刷式自动牙刷的使用方法和使用状态下的动作参照附图Ⅰ上、下剖视图，附图2各剖视图和附图3说明如下装好电源，用手握住手柄，用手指推动推钮(30)电源接通，电机运转，扭矩经减速机构减速后由齿轮(11)驱动分配机构中的齿轮及齿轮轴运转，这时两组曲轴按相反方向，相位相差180°角的情况下以73转/分钟的转速运转。如上所说的那样，刷体(2)、(3)及其上的刷毛也以每分钟73周的频率按附图3右剖视图所示的轨迹运动，这种刷体运动速度与普通刷牙时的动作频率接近，刷体运动速度既不太慢，也不也快，既有足够的时间把齿缝刷净，又不拖长刷牙时间。
从附图3右剖视刷毛(图中只标出了刷体上两侧的毛)的运动轨迹看出，每个刷体上的两侧刷毛之间的距离在5mm以上，而其轨迹圆直径为6mm，因此每次刷牙动作中被刷及的牙齿长度为5mm+6mm＝11mm，与通常的牙齿长大体相当。如果牙齿较长，可以通过用手控制手柄沿齿长方向稍作上或下移动，触及整个牙齿;如果牙齿较短，则刷毛在每次刷齿动作末尾会触及对面牙齿的齿尖。由于刷体护板(1)在附图2中A-A横剖处的宽度为22mm，相当于两把普通牙刷的宽度，将自动牙刷放入口腔后，它只能在腮内和上、下牙之间作少量的移动，因此上刷体基本上在上牙处运动，下刷体基本上在下齿处运动;上刷体刷毛从上向下磨擦上牙，下刷体刷毛从下向上磨擦下牙，不会出现上下齿龈被刷毛掀动的现象。只要按装电池时正负极不装错(后壳体内底部弹簧只能与电池负极接触，电池正极只能与弹簧接触片(23)接触)，刷体和刷毛运动方向就不会错。在这种情况下，刷牙时只需把牙刷放入口腔中腮与牙之间自深处(槽牙处)缓慢往外均匀地拉出，刷体上的刷毛就会把口腔该侧牙齿的外齿面，齿缝全部剔刷干净，并且齿根处也不会残留污物。每根刷毛就象牙签或医疗上使用的刮牙缝的牙线一样起作用。刷门牙时，用唇部含住护板(1)外侧边板，便能很好地调节刷体和刷毛在门齿面上的清洁工作性能。刷牙齿内表面时，效能与刷外齿面相同，只要用手稍用力按住牙刷柄，就能获得与齿面相同的效果。刷牙齿啮合面时，两个刷体上的刷毛均起刷牙作用，不存在掀动牙龈的问题。
使用前，可将推钮开关短暂接通，使两侧刷体上刷毛停于附图3所示的等高位置，将牙膏涂溥于刷毛上，然后放入口腔一侧，牙膏即均布于齿面及刷毛，上再启动开关、按上述方式刷牙。
当刷毛用坏需要更换刷体时，操作如下短暂接通电池开关，使全曲轴(4)转至曲轴部指向刷毛方向位置，如附图Ⅰ的下剖视图所示位置;
使刷毛体(2)的长沟槽圆曲面贴紧曲轴曲部，从左向右推刷体，使该组中的半曲轴2mm长弯曲部分伸入处于刷毛体(2)的右端2mm厚凸起壁上的轴承孔内。
再次短暂接通开关，调整该组曲轴使之转动180°角，在已插在曲轴上的刷体(2)的背部长沟槽侧壁的定位沟上插入插条(36)，从左至右插入至克崩出现响声为止;用上面同样方法将另一刷体装好。
从附图2B-B剖视图及附图3B-B剖视图可以看出刷毛及刷毛体在不同运动位置上的状况;在附图3B-B右剖视图中，右刷体(即上刷体)(2)处于护板(1)内右侧，左侧刷体(即下刷体)(3)处于护板(1)内中间位置，此刻的运动轨迹左侧刷体(3)按W-W线以上半圆的箭头所示方向沿轨迹左旋，1/4周后左刷体及刷毛(3)退于附图2B-B剖视图所示位置，再转1/4周后又转到附图3B-B左剖视图所示的位置(即开始准备刷牙的位置)在这个过程中左刷体(3)从护板内中间的位置逐渐退出。同时，右刷体(2)刷毛端部位置处于附图3B-B右剖视图所示的W-W线以下，并按顺时针方向右旋，逐渐运动到附图2B-B剖视图所示的位置(1/4周)，再转1/4周后运动到附图3B-B左剖视图所示的中间位置，此时刷体及刷毛(2)完成了一次刷牙动作。两个刷体按此方式交替占据护板(1)内的中间位置完成其刷程。
从附图2B-B剖视图可以看出，当刷体(2)处于刷程的半程时，两刷毛端之间的高度差最大，即低刷毛端(缩入护板内刷体的)与齿间的距离最大，但是此时高刷毛端(即进入刷牙过程的刷体的)因为前面所说的被腮部肌肉的弹力调节的结果，进入齿缝的深度并没有这样大。右刷体刷牙过程完成后，两组刷毛与齿面的距离逐渐接近(即高度差减少)。从附图3右剖视图轨迹中看出，左刷毛(3)接触牙之前，右刷毛始终把左刷毛从齿面上隔开，而当左、右两个刷体上的刷毛端部同时接触齿面时，左刷体已开始向下做刷牙的动作、从附图3右剖视图左端的圆弧线看出，圆弧左侧弧线达到W-W线之前及之后，该组刷毛端的动作都有相当一段时间和距离近于直接朝向齿面运动，几乎很少有横向的位移，近似直接指向齿面和齿缝，因此，刷毛在接触牙齿前后都不会逆向掀动牙龈，而更有利于搜刮齿缝的根部。如上所述可知，本发明的牙刷放于口腔后，随着刷毛及刷体的运动，腮部肌肉也会被动地伸缩，因此腮部肌肉有调节牙刷压力和刷毛进入齿缝深度的作用。本发明中采用直流微电机做为驱动部件，当刷毛在齿缝中遇到较大阻力时，由于扭矩增大使刷体的运动速度降低。此时直流电机的转速也跟着减小，反电动势则增大，电机线圈中通过的电流变大，于是电机在减低速度和增大的扭矩下运转，从而克服刷毛所遇到的较大阻力。当刷毛所遇到的阻力大到把刷体卡住时，由于微电机的总功率(力量)很小，不会出现伤及牙齿，牙龈的现象。这种情况下，只要用手握刷柄使刷毛稍微远离牙齿，就能使之恢复运转，机件此时也不会出现损坏的现象。
刷齿内面时，将牙刷柄沿其轴线转180°，分别使刷毛伸入上、下牙齿内刷牙即可。刷上下齿的啮合面时，只需分别将刷柄转90°，使刷毛平放在啮合面上，两个刷体上的刷毛都会起刷牙的作用。
从附图2B-B剖视图中可以看出，每个刷体上只有两排刷毛(儿童型的只有一排)，这种牙刷比普通牙刷有3-4排毛更易于伸入齿缝。如果采用细软刷毛，对齿面的磨损小，有利于保护齿面，有利于预防中老年后出现龋齿沟的现象。如上所说，本发明的对刷式自动牙刷可方便地更换刷毛及刷体，该刷毛和刷体的体积和用料只是普通牙刷的几分之一，价格必然比普通牙刷便宜很多，从经济上考虑，更适于经常、及时更换刷体，有利于避免刷毛内繁殖细菌，减少口腔、咽喉因刷牙工具造成的自我传染的机会(医学上要求每把牙刷最长使用一个月，每星期内两把牙刷轮换使用)。
从图中结构可以看出，本发明自动牙刷的制造成本只相当于国产普通牙刷的8-10倍，价格可以相对低廉。本发明自动牙刷的使用寿命(刷体除外)可达到一百小时以上(部件磨损时间)，按每天刷牙两次，每次使用两分钟计算，可连续使用四年以上。
本发明自动牙刷的用料和配件，如干电池、微电机、工程塑料制件、轴件，国内均可制造和提供。
显然，通过改变刷体及刷毛的尺寸，可以制成适用于不同年龄(包括儿童)的各种类型产品。
如果在柄中加入电子音乐器件，可以制成儿童喜爱的音乐自动牙刷。
除使用电池和电机外，还可采用其它的动力驱动部件，例如唱机上用的发条式动力存储和驱动机构。代替上述的动力源和驱动机构，这些变化皆在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种对刷式自动牙刷，其中包括动力源、驱动部件、变速机构、动作分配机构、刷体和刷柄，其特征在于a.所说的动力源是电源；b.所说的驱动部件是由所说电源驱动并由手动开关控制的微型电动机；c.所说的变速机构是由所说的电动机驱动以单轴输出一定转速和扭矩的齿轮减速机构；d.所说的动作分配机构经所说减速机构输出的转速和扭矩驱动，通过其齿轮组带动的两组曲轴按相同转速在一定相位差下作方向相反的转动；e.所说的刷体是受所说动作分配机构驱动和控制的一对可更换的刷子，在工作状态下所说的两个刷体按一定转速依次作取向不变的相对转动，从而使所说刷体上的刷毛反复向齿面伸出后作自牙根向牙尖相向扫过的动作；f.所说的刷柄既是所说牙刷的把握和操作柄，又是容纳和固定a～e部件的密封壳体和箱体；而且还设有辅助部件。g.它是便于刷体在口腔中工作时减少损耗和便于调节刷体与齿面距离的的护板和所说的动作分配机构的齿轮箱上盖和刷柄室上盖。
2.按照权利要求1所说的自动牙刷，其特征在于所说的电源是干电池或充电电池，安装在所说刷柄尾端后壳内，用手电筒式导通结构使之与所说的微型电动机连接。
3.按照权利2所说的自动牙刷，其特征在于所说的微型电动机安装在所说的刷柄壳体内中部，通过导线和手动开关与电源联接。
4.按照权利要求3所说的自动牙刷，其特征在于包括处于所说刷柄前部壳体内的减速齿轮组，通过其齿数变化使所说驱动部件输出的机械运动在所需的转速和扭矩下传递给所说的动作分配机构。
5.按照权利要求4所说的自动牙刷，其特征在于其中所说的动作分配机构包括两组曲轴、与每根曲轴一端固定联接的齿轮组和轴架;每组曲轴包括一根全曲轴和一根半曲轴，分别用作驱动和控制相应刷体运动;其中全曲轴两端伸直而靠近一端的中间部分平行弯曲，两端轴中心线重合的弯曲部分包括相对于轴中心线的两个垂直段和一个平行段，当全曲轴转动时所说的平行段带动刷体以轴中心线为圆心作圆周运动;其中半曲轴一端伸直而另一端平行弯曲，两端轴中心线平行，弯曲部分包括相对于轴中心线的一个垂直段和一个平行段，转动时控制相应的刷体在作圆周运动时刷毛取向不变;固定联接在每根曲轴一侧伸直部分端部的齿轮互相啮合，使两组曲轴能以相同转速在180°角相位差下作相反方向的转动;一根全曲轴上固定的齿轮与所说齿轮减速机构的输出齿轮啮合，并通过固定在其它三根轴上的齿轮所要求的转速和方向传递给这三根轴。曲轴直轴部分的长轴端支撑在刷柄壳体颈部支架上插入支架的轴孔中，而全曲轴弯轴部分的短轴端穿在所说辅助部件一侧的轴孔中。
6.按照权利要求5所说的自动牙刷，其特征在于所说的刷体背部纵向有由半圆轴瓦及轴瓦插条形成的圆形通孔，全曲轴弯曲部分的平行段穿过其中;靠近刷毛一侧端面上有突出的半曲轴轴孔，半曲轴的自由端插入其中;所说的通孔和轴孔分别与全曲轴和半曲轴之间为滑动配合，使刷体随着曲轴的轴作刷毛取向不变的以曲轴直轴部分中心线为中心的圆周运动。
7.按照权利要求6所说的自动牙刷，其特征在于所说的刷柄是一个密封壳体，包括前壳体和后壳体;前后壳体利用螺纹连接并用橡胶密封圈密封成电源容纳箱;前壳体中设有活动隔板和固定隔板分别形成微型电机存放箱和减速机构齿轮箱以及与辅助部件共同形成的动作分配机构中齿轮的齿轮箱及刷柄颈室，颈室中的隔板还是曲轴的轴架;其中还设有连接电源和电机的导线及电源开关。
8.按照权利要求1～7中任何一项所说的自动牙刷，其特征在于所说的辅助部件一端有两个支撑两根全曲轴弯曲部分短轴的轴孔，另一端为刷柄颈室及动作分配机构齿轮箱上盖，背部成栅状，利用粘合剂和溶接剂与刷柄前壳体密封粘接;所说刷柄颈室中远离后盖端有两层固定隔板，其间有小间隙，此固定隔板上有支持四根曲轴的轴孔，形成双层前轴架，二壁之间的间隙内注入防漏油脂使刷柄另一端密封。
9.按照权利要求8所说的自动牙刷，其特征在于其中所说的电池为1.5伏2号电池;微型电机电压1.5伏、电流50毫安、转速5000/分;减速机构输出的转速87.53转/分;动作分配机构中曲轴的转速约为73转/分，两组曲轴相位差180°角;刷柄用工程塑料注塑成型，两端略成锥形，横截面略成椭圆形;刷体用有机玻璃注塑成型，刷座上栽有两排刷毛。
全文摘要
一种对刷式自动牙刷，其中包括动力源、驱动部件、变速机构、动作分配机构、刷体和刷柄，其特征在于它们分别是电池、电机、齿轮减速机构、两组曲轴(全、半曲轴每组各一)按相同转速依次做方向相反、相位相差180°角转动的动作分配机构，可更换的刷体和密封刷柄。此外，还有能调节刷毛与齿面压力的辅助部件。由于受双曲轴的控制，旋转中刷毛取向不变，因而能自动地模拟人的合理的刷牙动作，将齿面和齿缝自齿根向齿尖将牙刷净，不损伤牙龈，造价相对低廉，使用寿命长。
文档编号A61C17/26GK1058711SQ91101678
公开日1992年2月19日 申请日期1991年3月21日 优先权日1991年3月21日
发明者刘伟南 申请人:张志平, 刘伟南