电动牙刷的制作方法

专利名称：电动牙刷的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动牙刷，该电动牙刷操作一个具有三维行程运动的刷头。
电动牙刷已经发展了六十多年。最早的类型相当简单，是带有有限的来回运动的电动机械的手动牙刷形式。最近发展为具有性能加强的电池和高效小型化电机的特征。在现在普通分类产品中带粉状电池的电动牙刷占有显著位置。
然而随着这些驱动系列的改进，基础的电动机构的设置与最早销售的装置没有什么区别。基本上，典型产品包括电池，可重新充电或替换的，端部邻近于小的高速电机的端部。驱动轴由电机操作，可以依次与带有减速齿轮或曲柄臂的机械驱动系列连接或与简单的直接驱动相连。
大多数机械设计包括振动的固定的刷毛排列的牙刷，能在有限的来回角度转动运动范围内动作。运动基本上是在两维平面中。不同类型的机械设备，例如带杠杆的各传动装置，联合或单独地传递转动运动。在一些例子里，刷头可个别具有由传动装置单独驱动的转动刷束的特征。电动牙刷的第三种分类合并了超声波技术，或是单独或是与振动的牙刷相结合。
在相当大量的文献中，美国专利5577285(Drossler)描述了一种电动牙刷，其中一转动轴把交互式或转动运动平移到刷毛支承结构上。美国专利5467494(Muller et al.)描述了一种带有一对可互相在枢轴上转动的部件的机构，第一件充当手柄，第二件充当刷头。当超过给定压力阈值时，设置在两部件之间的弹簧折弯，当压力下降时，弹簧又恢复到其初始位置。弹簧的动作赋予牙刷角度转动。美国专利4276672(Teague Jr.Et al.)中公布了一种水力下垂系统，这个能实现转动运动的系统在牙刷工作件中依次转换到环形运动。美国专利3538530(Stemme)提供了一种电机驱动的牙刷，该牙刷以带有轮廓类似于8字形的凸轮面的引导装置为基础。作为刷杆一部分的导向轴延伸进入外壳。因此整个牙刷沿类似于8字形的路径操作。美国专利5177826(Vrignaud et al.)公开了一对盘形转动的牙刷，通常设置为绕垂直于手柄长度的轴线转动。在转动付之间是高和低线性的刷子，通常在垂直于轴线的线性往复运动中转动。设置用于偏心转动的圆柱形凸轮件作为系统的部分进行操作。又一个齿轮固定在凸轮件上，但是设置用于同心转动。美国专利5077855(Ambasz)描述了一种电动牙刷，包括带有电机的一驱动装置和一传动装置，该装置同时驱动一轴和一刷头延伸部，在平行于轴的轴线方向往复运动。牙刷装置包括与纵向往复运动的延伸部连接的刷头，有几个刷毛固定器间隔分开并平行于驱动轴地分别安装在刷头上，用于绕轴转动，每一个刷毛固定器装有几个刷毛束。与驱动轴相连的曲柄轴把在枢轴上转动的运动分别传给每一个刷毛固定器。
甚至在以上分类的选项和改进中，大部分机械设计还很复杂。要装很多小部件以便把转动运动传给刷毛或刷头。而且，在口腔中的典型磨蚀环境里这些部件必要的小型化特征和它们的不密封设置加速了磨损。
另一个明显的问题是它的功效。电动牙刷与手动类型牙刷相比并不是高效的。例如它们各自在清除牙垢方面的性能看起来没什么区别。
已知技术还有另一个重要的缺点是它与最习惯的刷牙动作不一致。大多数牙周病学研究生规划课本提倡Bass方法。该方法被推荐用于清除位于牙龈缘下和附近的牙斑。这方面在控制牙龈和牙周疾病上有非常重要的作用。Bass方法的要点包括沿牙龈线以45°的角度定位牙刷。一行刷毛轻轻地紧贴在它们与牙齿接触的牙龈下。此后牙刷轻轻地来回振动十次，使沿牙龈线隐藏在摺皱里的牙斑松动。在最后的步骤里，将牙刷提起并重新放置在下一列牙齿和牙龈上来进行同样的动作。
因此，本发明的一个目的是提供一种能给刷毛传递三维运动的电动牙刷。
本发明的另一个目的是提供一种电动牙刷，能传递三维运动，该运动符合Bass方法，用于清除位于牙龈缘下和附近的牙斑。
本发明还有一个目的是提供一种简单机械设计的电动牙刷，该牙刷允许更换刷头，花费较少，而不是目前在商业上通常刷头与机械驱动系统连接起来的那种牙刷。
从下面概要和详细描述中本发明的这些和其它的目的将容易变得更清楚。
因此，本发明第一方面提供一种电动牙刷，其包括(i)限定手柄且在其中形成有内部空腔的细长主体，该空腔从前端延伸到后端；(ii)安置在空腔内的电源；(iii)由电源驱动的从前端到后端调直的细长驱动轴；(iv)安置在驱动轴上的凸轮；(v)带有两凸臂的轭铁，凸轮在两凸臂之间轴向往复运动，因而把往复运动传给驱动轴；(vi)在轭铁轴向下游由驱动轴驱动的曲柄轴部分；(vii)与驱动轴轴向对准的输出轴；和(viii)带有导轨的轴环，把曲柄轴部分与输出轴偏心地连接起来，因而把横向和往复转动运动传给输出轴。
机械驱动系统包围在一个自身完全包含三维系统的封闭外壳里。在牙刷手柄的外部不需要机械驱动形式来提供刷牙动作。
一简单刷头可拉出地设置在输出轴上。最好由定位槽达到阻挡的目的。在刷头里不必有运动部分，且它能由中空的短轴形成。
输出轴合并的横向和往复转动运动传给刷头。引起刷头的每一个牙刷顶部纤维按预定的椭圆形图案顺时针运动。顶部纤维一齐运动创造一重叠的刷洗图案。牙刷顶部的运动有益于以Bass方法推荐的方式改进对牙缝和牙龈线的清理。
凸轮相对于驱动轴成1°到20°倾斜是有利的。倾斜范围更优选为在4°到10°。
在轴环下游的输出轴靠近细长主体的前端有一柔性部分。沿该部分能产生1°到40°范围内的角度弯曲。
通过研究下列附图，将更容易明显看出本发明的不同特性、目的和益处，其中

图1是根据本发明的电动牙刷的侧视图；图2是根据图1的电动牙刷，去掉一部分外壳来展现驱动机械；图3是沿图2所示驱动机械部分的扩大视图；图4是成束排列的刷毛的上视图；和图5是图4的成束排列的刷毛在图3所示的机械振动时所形成的运动图案。
图1提供了本发明的第一实施例的视图。在该图里所示的电动牙刷包括一个细长主体2，其限定了刷柄4和在主体内形成的内部空腔6。该空腔从前端8延伸到后端10。刷头件12安置在经定位槽14阻挡的细长主体的前端。刷头件包括从头部18凸出的成束排列的刷毛16。
刷头件12围绕着柔性轴20，后者表示电动牙刷驱动机械的终点。把柔性轴连接在刷头件上使其相应于手柄4形成工效学上成角度的头部。防水密封件22围绕着柔性轴以保护电动机械不受外部环境的影响。在空腔6里朝着后端安置有一个小型化的电机24。电池26作为电源安置在非常靠近电机处。感应充电线圈28位于细长主体的后端并与电路控制板30电连接。通过把线圈连接到标准120AC的输出电源上电池可重新充电。开始和停止控制按纽32、34安置在细长主体的外壁上并正好在电路控制板上方。充电指示灯36固定在控制板的下部作为电池重新充电程度的指示。
通过结合图1观察图2能最好地理解驱动机械组合体38的详细资料。更详细的视图可见图3。驱动齿轮42邻近于电机24设置，且由电机24启动。更小的驱动齿轮44连接在该齿轮上，分别具有约为2∶1的减速比。其它实施例可采用的齿轮减速比约在从10∶1到1.2∶1的任何范围内。空间考虑是导致齿轮数目最小化的原因，尽管其它实施例可能采用较多减速齿轮并采用不同的空间布局。
细长的驱动轴46与驱动齿轮44可转动地连接，后者与之压配合。具有中心孔50的凸轮48由驱动轴46支撑，驱动轴46压配合地贯穿中心孔。凸轮48以约6°的倾斜角设置。撑托凸轮的是轭铁52，轭铁52带有从圆形安装底盘56突出的臂54。凸轮的运动由轭铁的两臂之间的方位横向限定。
轭铁下游是由驱动轴48驱动的曲柄轴部分58。输出轴60轴向对准(即平行)于往复式驱动轴46。轴环62把曲柄轴部分与输出轴偏心地连接起来，形成的轴环62有导轨64，曲柄轴横穿过导轨64。通过刚性框架40获得对驱动机械的支撑。该框架的合适的材料是注塑塑料，例如尼龙。
在轴环下游的输出轴的柔性部分66的弯曲角在1°到40°之间。
压下开始按纽触发电池就开始了电力传输。电连接使电机转动，并由短轴传递转动运动来转动驱动齿轮。驱动齿轮与较大的驱动齿轮连接导致反方向的转动。由于驱动齿轮牢固地附在驱动轴上，凸轮依次转动。凸轮的外部凸缘连续地转动并与轭铁的两突出臂紧密接触。当凸轮在轭铁的两臂之间转动运动，轭铁的底部自由地绕其圆轴环转，以配合由凸轮形成的连续变换的趋近角度。由此维持两臂与凸轮的凸缘的恒定固定接触。因此，产生曲柄轴的往复运动。然后该运动又经偏心转动的曲柄轴部分传递给轴环。
曲柄轴部分的往复运动因而直接传递给轴环和输出轴。而且必须指出，和往复运动一致，作用在轴环上的偏心的曲柄轴部分把振动运动传给输出轴。当刷头通过它的轴与输出轴柔性部分的实际啮合而转动时，这种组合引起了刷头的复合运动。
图4显示成束排列的刷毛的上视图。排列中的刷毛的运动见图5所示。由本发明的驱动机械组合体产生的组合运动形成了基本上交叠的运动轨迹。交叠的运动轨迹与牙医极力推荐的刷牙方式非常匹配。刷毛的运动速度相对较高，形成了很多交叠刷洗行程。这些刷毛在牙齿表面上来回交叉。
显然，不同于那些图示的刷毛排列也能适用于本发明的牙刷。刷毛可以带角度切断，以便于完全刷洗位于口腔里的不方便达到的牙齿，此角度还可结合刷头件调整，使之严格遵循牙周和牙科专业人员称之为Bass A的角度(Bass Angle A)。
前述说明和例子示出本发明选择的实施例。考虑到该技术领域里的技术人员可以提出其很多变型和改进，所有这些都是在本发明的精神和保护范围内。
权利要求
1.一种电动牙刷，其包括(i)限定手柄且在其中形成内部空腔的细长主体，该空腔从前端延伸到后端；(ii)安置在空腔内的电源；(iii)由电源驱动的从前端到后端调直的细长驱动轴；(iv)安置在驱动轴上的凸轮；(v)带有两凸臂的轭铁，凸轮在两凸臂之间轴向往复运动，因而把往复运动传给驱动轴；(vi)在轭铁轴向下游由驱动轴驱动的曲柄轴部分；(vii)与驱动轴轴向对准的输出轴；和(viii)带有导轨的轴环，把曲柄轴部分与输出轴偏心地连接起来，因而把横向和往复转动运动传给输出轴。
2.根据权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，凸轮相对于驱动轴成1°到20°倾斜。
3.根据权利要求1或2所述的电动牙刷，其特征在于，倾斜范围在4°到10°。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的电动牙刷，其特征在于，轴环下游的输出轴靠近前端有一柔性部分，其可以产生1°到40°范围内的角度弯曲。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电动牙刷，其特征在于，该轭铁有一圆形安装底盘，可部分转动。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电动牙刷，其特征在于，该刷头件可替换地从细长主体的前端拆下，并且被橡胶密封件从那里分开。
全文摘要
本发明提供了一种电动牙刷,其包括:带有内部空腔的细长主体;安置在空腔内的电源;由电源驱动的可转动的细长驱动轴;安置在驱动轴上的凸轮;带有限制凸轮运动的突出臂的轭铁;由驱动轴驱动的曲柄轴部分;轴向对准驱动轴的输出轴;和带有导轨的轴环。轴环把曲柄轴部分与输出轴偏心地连接起来,因而把横向和往复转动运动传给输出轴。安装在细长主体前端的刷头承受从输出轴带来的运动。机械驱动系统完全封闭在细长主体的外壳里。刷头可替换地安装在前端空腔的外部。
文档编号F16H21/00GK1353595SQ00808409
公开日2002年6月12日 申请日期2000年5月22日 优先权日1999年6月4日
发明者P·B·施佩希特 申请人:荷兰联合利华有限公司