设计声波牙刷的方法

设计声波牙刷的方法
【专利摘要】本发明涉及一种设计声波牙刷的方法，所述声波牙刷具有持续旋转的驱动系统、刷轴以及介于所述驱动系统与所述刷轴之间的联动装置，所述方法包括：对所述联动装置进行有限元分析；以及根据所述有限元分析确定所述联动装置中的重量分布，以对所述联动装置的质心进行定位并向所述联动装置施加一平衡量或一选定的非平衡量。
【专利说明】设计声波牙刷的方法
[0001 ]本申请是申请号为201280032771.8，名称为“机械驱动式声波牙刷”的中国专利申请(基于国际申请日为2012年5月2日、国际申请号为PCT/US2012/036092的国际专利申请，于2013年12月30日进入中国国家阶段)的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及口腔健康产品。更具体地说，本发明涉及声波牙刷系统。
【背景技术】
[0003]现有技术的声波牙刷(sonictoothbrush，声波振动牙刷)技术主要围绕着驱动系统，驱动系统通过利用电磁驱动器和使回位弹簧对中以直接产生振荡运动，从而产生所期望的振荡牙刷输出运动。这些电磁系统中没有持续的输入旋转或驱动器，并且这种电磁系统生产成本相对较高。
[0004]目前还有许多牙刷可通过持续旋转的输入驱动器产生振荡输出刷运动。这种机械驱动式牙刷与采用电磁驱动器的牙刷相比，典型的特点是降低了生产成本。然而，这种旋转系统完全通过明显低于声波水平的速度实现振荡功能。不存在以声速(sonic speed)操作的持续旋转的输入驱动系统。
[0005]本【背景技术】部分有关信息，包括所有在此引用的参考文献及所有描述和讨论，仅用于技术参考之用途，不能视为由权利要求限定的本发明范围所有待约束的主题。

【发明内容】

[0006]机械驱动式声波牙刷的一个示例性实施方式包括:电机、刷轴和驱动总成。电机可以是持续旋转的输入驱动器(如，DC(直流)电机)，其通过联动系统驱动一个专门平衡的驱动总成(drive assembly，驱动组件)，以将输入驱动器的持续旋转转变成所期望的振荡输出运动，该振荡输出运动以声速驱动所附接的牙刷头。电机包括驱动轴。当电机被致动时，驱动轴持续旋转直至电机停止。驱动总成耦接于驱动轴和刷轴之间。驱动总成配置成将驱动轴的旋转转换为支撑在刷轴一端的牙刷头的声波振荡。
[0007]在声波牙刷系统的另一个实施方式中，驱动总成包括耦接器(coupler，联接器)和偏心销。耦接器具有第一端和第二端。第一端可操作地耦接到刷轴，偏心销旋转地接收在第二端内。驱动轴的旋转使偏心销在第二端内旋转。偏心销的旋转使耦接器振荡。
[0008]在又一示例性实施方式中，声波牙刷可以具有电机，该电机包括驱动轴、刷轴和驱动总成。当电机运转时，驱动轴持续旋转直至电机停止。驱动总成可以耦接于驱动轴和刷轴之间，驱动总成配置成将驱动轴的旋转转换成支撑在刷轴一端上的牙刷头的声波振荡。
[0009]在其他示例性实施方式中，声波牙刷可提供振荡刷毛运动。声波牙刷可以包括持续旋转的驱动系统、刷轴和位于驱动系统与刷轴之间的联动装置，该联动装置以极低的机械振动和噪音水平提供振荡、声速输出运动至刷轴。
[0010]在另一示例性实施方式中，公开了一种设计声波牙刷的方法。声波牙刷可包括持续旋转的驱动系统、刷轴和位于驱动系统与刷轴之间的联动装置。该方法可包括对联动装置进行有限元分析，且然后基于有限元分析确定联动装置的重量分布，以便对联动装置的质心定位，向联动装置施加(impart)—平衡量或一选定的非平衡量。该方法还可进一步包括调节联动装置内的一个或多个可替换的配重，以改变质心或改变选定的非平衡量。
[0011]本
【发明内容】
以简单的形式介绍了一系列概念，下面还将在详细描述中进一步介绍。本
【发明内容】
并非旨在对所要求保护的主题的关键特征或实质性特征进行明确，也不用于限制所要求保护的主题的范围。在下述多个本发明实施方式的书面描述中提供并在附图中示出对权利要求所限定的本发明的特征、细节、应用和优点的更广泛的介绍。
【附图说明】
[0012]图1是机械驱动式声波牙刷系统的一示例性实施方式的牙刷端部的等距视图。
[0013]图2是图1所示机械驱动式声波牙刷系统的侧视图，其中去除了壳体。
[0014]图3是图1所示机械驱动式声波牙刷系统的仰视等距视图，其中去除了壳体。
[0015]图4是图1所示机械驱动式声波牙刷系统的驱动支架及支撑在上面的部件的俯视等距视图。
[0016]图5是图1所示机械驱动式声波牙刷系统的驱动支架及支撑在上面的部件的仰视等距视图。
[0017]图6是图1所示机械驱动式声波牙刷系统的驱动支架及支撑在上面的部件的俯视等距图。
[0018]图7是图1所示机械驱动式声波牙刷系统的驱动支架及支撑在上面的部件的局部分解图。
[0019]图8是图1所示机械驱动式声波牙刷系统的刷轴、驱动总成和电机的正视等距视图，其已机械耦接在一起以便操作。
[0020]图9与图8相同，但去除了电机、后部轴承和衬套。
[0021]图10是图1所示机械驱动式声波牙刷系统的驱动总成和刷轴的分解等距视图。
[0022]图11是图1所示机械驱动式声波牙刷系统的驱动总成的主要部件的分解正视等距视图。
[0023]图12是图1所示机械驱动式声波牙刷系统的驱动总成的主要部件的分解侧视图。
[0024]图13是图1所示机械驱动式声波牙刷系统的驱动总成的主要部件的分解后视等距视图。
[0025]图14是与图8所示大体相同的电机、驱动总成和刷轴的等距视图，其进一步示出了延伸穿过电机驱动轴和偏心销的轴的横截面。
[0026]图15是与图8所示大体相同的电机、驱动总成和刷轴的等距视图，其进一步示出了延伸穿过摇臂的枢转销的横截面。
【具体实施方式】
[0027]下面将公开机械驱动式声波牙刷系统的多个示例性实施方式。声波牙刷系统利用持续旋转的输入驱动器(如，DC(直流)或AC(交流)电机)操作一平衡的联动系统，以将输入驱动器的持续旋转转变为所期望的振荡输出运动，该振荡输出运动以一个或多个声速驱动所附接的牙刷头。
[0028]由于使用DC驱动电机来产生输入驱动运动并使用相对廉价的模塑部件，所以机械驱动式声波牙刷系统相比现有的电磁声波牙刷系统可具有较低的生产成本。某种程度上，由于其平衡重，机械驱动式声波牙刷系统使得其机械驱动能提供声波输出运动而具有低水平的振动和噪音。这些配重(如，插头或具有选定质量的其他部件)可以进行定制，以在从亚声速至声速的不同输出振荡速度下产生降低的振动和噪音水平。机械驱动的定制配重使得，通过在牙刷制造过程中改变平衡部件，单一基础系统设计能够用于亚声速至声速刷输出和模式的较宽范围。
[0029]因此，在此公开的示例性机械驱动式声波牙刷系统可以提供这样一种持续旋转输入驱动系统，该系统以极低的机械振动和噪音水平提供振荡、声速牙刷输出运动。同时，此处公开的机械驱动式声波牙刷系统可以提供生产成本降低的声波牙刷系统。
[0030]在此使用的“声速”或“声波速度”是指牙刷的刷头的振荡频率，意思是该频率处于声音频率范围内(B卩，在20Hz与20，000Ηζ之间)。通常，声波牙刷的操作速度在200至300周/秒。此处公开的机械驱动式声波牙刷系统的示例性实施例中，电机在200至300转/秒(SP，12，000至18，000转/分)的速度下操作。
[0031]图1示出了在此公开的机械驱动式声波牙刷系统10的一示例性实施方式，其中图1是系统10的刷端的等距视图。如图1所示，系统10包括刷端12、与刷端相对的底座端14、在端12和14之间延伸并形成系统10的表面的壳体16、以及大体扁平的底座18，系统10在基座上可直立于一平面上，诸如一工作台面。刷轴20在刷端12处从由壳体16封闭的系统驱动总成延伸出壳体16，下面将对刷轴进行说明。轴密封件21围绕轴20在壳体16与刷头端12处的轴20之间延伸，其配置为使轴20振荡，同时防止流体侵入到壳体内部。
[0032]壳体16可大体呈柱形形状，以在人体工学方面配合在使用者的手中。柱形形状可沿刷端12的方向从刷端12逐渐变细一大约壳体16的三分之一长度。控制钮22支撑在壳体16上，在开启和关闭之间致动系统驱动总成，且在某些情况下还在一速度范围之间致动驱动总成。面板23在控制钮22周围延伸的一区域中在壳体16上。牙刷25(以虚线表示)安装在刷轴20的端部。牙刷25包括多个刷毛27。
[0033]图2和图3分别是去除壳体16的系统10的侧视图和仰视等距视图，如这两个图所示，系统10包括由朝向底座端14延伸的底架24和朝向刷端12延伸的驱动支架或底架26形成的内部支撑结构。感应线圈28缠绕在线轴上，置于扁平底座18的内侧与底架24的底座端14一侧之间。可再充电的电池组30与感应线圈28电耦合并在充电线圈28靠近刷端12的一侧上支撑在底架24的凹口中。
[0034]如图2和图3所示，DC电机32支撑在底架24和驱动支架26上，靠近这些结构的重叠处。电机32借助印刷电路板34的电控线圈33与电池组30电耦合，印刷电路板支撑在底架24和驱动支架26上。电控线圈33通过控制钮22启动，使电机32在不同的状态下操作(如，开、关、高速、低速等)。在一个实施方式中，控制电机32的电控线圈33包括一个或多个电位器来实现对频率和电机速度的精确控制。
[0035]图4和图5分别是驱动支架26和支撑在上面的部件的俯视等距视图和仰视等距视图。如这些图所示，系统驱动总成36支撑在驱动支架26的一凹口中。驱动总成36将电机32的输出轴37和刷轴20机械耦接，以在电机32使其输出轴37持续旋转时使刷轴20以声速振荡。
[0036]图6、图7和图10分别是驱动支架26和支撑在上面的部件的俯视等距视图、第一和第二局部分解视图。如这些图所示，驱动支架26包括前轴承环38和后轴承环40。后轴承环40可以是具有轴承支架41的多个件，轴承支架形成安装至驱动支架26的轴承环40的上部部分，驱动支架形成后轴承环40的下部部分。前轴承环38包括衬套或轴承42，后轴承环40包括衬套或轴承44。在一些实施方式中，轴承42和44可以是滚珠轴承或滚柱轴承。后轴承环40的轴承44支撑刷轴20的后端，前轴承环38的轴承42靠近刷轴20的中点而支撑刷轴20。
[0037]从图4和图5与图6的比较中可以看出，隔离阻尼件46围绕前轴承环38延伸并且用于将系统10的活动部件与包围阻尼件46和系统10的活动部件的壳体16振动隔离。
[0038]图8是刷轴20的主视等距视图，如图8所示，驱动总成36和电机32机械耦接在一起以便操作。轴承42和44支撑轴20，轴20的后端接收在形成驱动总成36的前端的转臂48中。此夕卜，电机输出轴37延伸至形成驱动总成36的后端的电机曲柄臂50中。电机曲柄臂50与摇臂48通过狗骨式耦接器52耦接。偏心销53从电机曲柄臂50延伸且通过耦接器52的下部部分，以接收在支撑衬套54中。偏心销53用作凸轮并使耦接器52的下部部分围绕电机轴37的轴线转动(revolve，往复)。
[0039]图9是与图8相同的视图但去除了电机32，后轴承44和衬套54，如图9所示，刷轴20的前端配置成与刷头(未显示)接合。例如，刷轴20在其前端处可包含一平坦区域56。刷轴20的后端配置成与摇臂48接合。例如，刷轴20在其后端可包含一平坦区域58。
[0040]图10是驱动总成36和轴10的分解等距视图，如图10所示，电机曲柄臂50包括平衡配重60，平衡配重固定接收在电机曲柄臂50中的孔61中，如A和A’处所标示的虚线所示的。类似地，摇臂48包括平衡配重62，该平衡配重固定接收在摇臂48的孔63中，如B处所标示的虚线所示的。安装在驱动总成36上的平衡配重60和62可用来平衡驱动总成36的部件，以降低驱动总成36内的噪音和振动。
[0041]如图10所示，偏心销53的后端53’固定接收在电机曲柄臂50中，如在C处所标示的虚线所示的。偏心销53的扩大直径偏心中间部分53”旋转地接收在轴承66中，该轴承固定在狗骨式耦接器52的下部孔65中，偏心销53的前端53” ’旋转地接收在衬套54中。所有这些都由D处所标示的虚线所示。摇臂48的枢转销67以枢转或振荡方式接收在轴承68中。该轴承接收在狗骨式耦接器52的上部孔69中，如在E处所标识的虚线所示。最后，如上所述，刷轴20以枢转或振荡方式位于轴承42和44中，并且轴20的后端固定地接收在摇臂48的孔70中，所有这些以F处所标识的虚线所示。
[0042]关于驱动总成36的一些主要部件的特征的阐述，参见图11、图12和图13。图11是驱动总成36的主要部件的主视分解图。图12是驱动总成36的主要部件的侧视分解图。图13是驱动总成36的主要部件的后视分解图。如图11、图12和图13所示，电机曲柄臂50包括中心轴线孔71、双凸耳(lobe)部分72、柱形部分74、锥形部分76和用于接收平衡配重60的孔61。凸耳部分72具有小凸耳78和与小凸耳78沿从中心轴线孔71相对的大凸耳80。凸耳78、80各自包括大体上在相应凸耳78、80中居中的配重接收孔61。柱形部分74在凸耳部分72后面延伸，锥形部分76在凸耳部分72前面延伸。中心轴线孔71从后向前延伸通过电机曲柄臂50，从柱形部分74的最后部表面直至锥形部分76的最前部表面。中心轴线孔71大体与柱形部分74的轴线同轴。
[0043]如图11、图12和图13所示，摇臂48包括凸耳部分82、柱形部分84和中心轴线孔70。柱形部分84从凸耳部分82向前延伸。中心轴线孔70大体与柱形部分84的轴线同轴并且成形为固定地接合在刷轴20的后端。例如，中心轴线孔70可具有与刷轴的平坦区域58相对应的一平坦区域88，并且还可以具有一槽或键槽89来提供附加接合特征)。凸耳部分82包括渐缩式(tapered)凸耳90和沿中心轴孔61与渐缩式凸耳90相对的倒圆的(rounded)凸耳92。渐缩式凸耳90包括从渐缩式凸耳90向后延伸且轴线大体平行于中心轴线孔70的轴线的枢转销67。倒圆的凸耳92包括厚度增加且从倒圆的凸耳92向后延伸并具有用于接收配重62的孔63的配重区域94。
[0044]如图11、图12和图13所示，偏心销53包括后端轴53’、扩大直径偏心中间部分53”和前端轴53”，。后端轴53’从中间部分53”向后延伸，且前端轴53” ’从中间部分53”向前延伸。从图11、12和13可以看出，后端轴53’和前端轴53”’共用一个中心轴，而放大偏心中端53”与轴的前端和后端轴53’、53” ’偏心，并与中心轴有偏移，但与前端和后端轴53’、53”，的共用轴平行。
[0045]如图11、图12和图13所示，狗骨式耦接器52可以具有沙漏形状并包括延伸到缩减直径中间部分98中的第一倒圆端部分96(电机曲柄臂接合部分)，该中间部分延伸到第二倒圆端部100(摇臂接合部分)中。第一端部96包括接收电机曲柄臂50的锥形部分76和偏心销53的孔65。第二端部100包括接收摇臂48的枢转销67的孔69。在一个实施方式中，狗骨式耦接器52中使用的轴承66是R 133ZZS型，且刷轴20的输出所应用的轴承44是MR 104ZZ滚珠轴承型。标绿部分与权2标蓝部分表述不一致
[0046]关于驱动总成36的操作的阐述，参见图8、图14和图15，其中，电机驱动轴37在驱动总成36中沿单一方向的持续旋转将引起刷轴20前后振荡。除了示出延伸穿过电机驱动轴37的轴线和偏心销53的横截面外，图14是与图8所示大体相同的电机32、驱动总成36和刷轴20的等距视图。除了示出延伸穿过摇臂48的枢转销67的轴线的横截面外，图15是与图8所示大体相同的电机32、驱动总成36和刷轴20的等距视图。修改基础？
[0047]从图8和图14可以理解，当电机32通过控制钮22致动以开启并运转时，固定接收在电机曲柄臂50的中心轴线孔71 (见图11-13)中的电机驱动轴37沿单一方向持续旋转，直至将控制钮22转至关闭状态从而使电机32停止。偏心销53的后端轴53’固定接收在曲柄臂50的中心轴线孔71中。偏心销53的扩大偏心中间部分53”旋转地接收在轴承66中，该轴承固定接收在狗骨式耦接器52的孔65(见图11-13)中。偏心销53的前端轴53”’旋转地接收在安装于驱动支架26上的固定位置中的衬套54中，如图3所示。因此，旋转的电机驱动轴37使电机曲柄臂5 O和偏心销5 3沿同一方向旋转。这样，偏心销5 3的扩大偏心中间部分5 3 ”和前端轴53” ’各自在轴承66、54中沿同一方向旋转。扩大偏心中间部分53”的旋转使狗骨式耦接器52前后移动，或换句话说，振荡。
[0048]从图8、图14和图15中可以理解，枢转销67以枢轴或振荡方式接收在轴承68中，该轴承固定接收在狗骨式耦接器52的孔69中(见图11-13)。这样，狗骨式耦接器52的前后或振荡位移使渐缩式凸耳90围绕摇臂48的中心轴线孔70(见图11-13)的轴线前后移位或振荡。因此，使得摇臂48和刷轴20围绕轴20的纵向轴线前后枢转或振荡。
[0049]如从前面的描述所能理解的，在一些实施方式中，用来将旋转电机运动转换成振荡输出刷轴运动的驱动总成36可以为四杆联动装置。各联动部件的所需平衡/非平衡量与所期望的操作速度及所期望的振荡输出运动位移相关(即，不同的操作速度和振荡运动位移采用不同的部件平衡/非平衡量)。在一个实施方式中，可以用设计软件程序(如，有限元分析软件)来计算各联动部件的所期望质心位置，以便基于所期望的设计操作速度和位移使振动和噪音降到最小。然后，可以根据用于部件的材料的质量以及机构包络(mechanismenvelope)的空间约束来最终确定每个部件的平衡/均衡(counterbalance)配重60、62的具体尺寸和位置，以便满足所期望的质心位置结果。
[0050]在实施方式中，电机驱动轴50、狗骨式耦接器52、摇臂48和刷轴20可由聚合体材料形成，而配重60、62可由诸如，例如不锈钢、钨等的金属材料形成。在其他实施方式中，上述驱动总成部件和配重也可由其他材料形成。
[0051]所有方向性参照(如，近端、远端、上部、下部、向上、向下、左、右、横向、纵向、前、后、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、径向、轴向、顺时针和逆时针)都仅用于识别目的，以帮助读者理解本发明，而并不产生任何限制，尤其是有关本发明的位置、定向和使用的限制。除非另有说明，否则连接参照(如，附接、耦接、连接和结合)应广义地理解并可能在元件连接与元件间的相对移动之间包含中间元件。同样地，连接参照不必然表示两个元件是直接相连的以及相对于彼此呈固定关系。示例性附图仅供解释说明之目的，图中所反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可以变化。
[0052]上述说明、实例和资料提供了对权利要求所限定的本发明的示例性实施方式的结构和使用的完整描述。虽然前面已经在一定程度上或参照一个或多个个别实施方式对所要求保护的发明的不同实施方式进行了描述，但本领域技术人员可以在不背离所要求保护的发明的精神和范围的前提下对所公开的实施方式做出各种改变。因此可以构思出其他实施方式。上面的描述中所包含的以及附图中所示出的所有内容应当解释为仅仅是对特定实施方式的说明而非限制性的。在不背离权利要求所限定的本发明的基本要素的前提下可以在细节或结构上做出改变。
【主权项】
1.一种设计声波牙刷的方法，所述声波牙刷具有持续旋转的驱动系统、刷轴以及介于所述驱动系统与所述刷轴之间的联动装置，所述方法包括: 对所述联动装置进行有限元分析；以及 根据所述有限元分析确定所述联动装置中的重量分布，以对所述联动装置的质心进行定位并向所述联动装置施加一平衡量或一选定的非平衡量。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括调节所述联动装置内的一个或多个能替换的配重，以改变所述质心或改变所选定的非平衡量。
【文档编号】A61C17/34GK106037977SQ201610591700
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2012年5月2日 公开号201610591700.1, CN 106037977 A, CN 106037977A, CN 201610591700, CN-A-106037977, CN106037977 A, CN106037977A, CN201610591700, CN201610591700.1
【发明人】加里·L·索科尔, 哈罗德·A·吕特根
【申请人】沃特皮克公司