专利名称：用于电动牙刷的流体分配和再充系统的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及流体分配电动牙刷，尤其是涉及这样一种牙刷，其具有一个体内储存器和再充装置及一个流体通道装置，该流体通道装置包括一个位于牙刷刷头部分中的泵元件。所述泵元件利用移动刷头的动作将流体从体内储存器移到刷头上的硬毛处。
背景技术：
能防止或杀死引起牙科疾病的细菌的口部牙膏及/或药物的有效输送一直是需要的而且已经成为大量研究努力的目标。已经研制了多种装置用以完成牙膏或药物到硬毛的输送，所述装置包括主动的和被动的。这些装置即包括手动的又包括电动的牙刷。手动牙刷通常使用一个手操作泵，例如Boscardin等的美国专利US4,221,492和Gingras等的美国专利US4,413,370，而电动牙刷使用多种手段，包括体内及体外的主动泵装置，它们包括各种机械的、气动的及液压元件。
一些电动牙刷流体分配系统利用牙刷自身的动作将牙膏从储存器抽到硬毛处，例如Giuliani等的美国专利US5,309,590中所示。一些用于手动和电动牙刷的流体分配系统的代表例包括Balamuth的美国专利US3,547,110；English等的美国专利US5,066,155；Lusting的美国专利US 5,208,933及Kuo的美国专利US 5,062,728。
用于牙膏的储存器通常设置在牙刷的把手部分，例如′590专利中所示，或者设置在一个单独的装置中，例如′110专利中所示。在一些情况中，储存器是一次性的，因此当储存器中的流体被用完时，储存器本身被抛弃并插入一个新的储存器，这样一种系统见′370专利。在其余的系统中，储存器是可再充的。通常，储存器包含用于流体牙膏或药物的大量特殊应用的足够流体。
用于将流体从刷头进行分配的各种系统也是已知的。在一些情况中，流体从刷头上的许多孔分配，例如′492专利中所示，而在其余的情况中，流体通过硬毛本身分配，例如Evans的美国专利US4,039,261中所示。
但是，流体分配系统往往难以操作，而且是不可靠和昂贵的。许多这种系统太复杂了以致不能可靠操作，而且/或不能正常工作，而其余系统由于流体管路或排出孔的堵塞或差的泵送作用等原因而不能工作。另外，难以设计一种系统，该系统具有一个足够小的可以装在一个普通牙刷结构中的泵。一般使用外部泵，它们体积大而且昂贵。这些泵元件，无论是体内的还是体外的，通常都太复杂了以致不能持续可靠地工作，或者太昂贵而不实用了。鉴于所有这些原因，用于手动和电动牙刷的流体分配系统还没有特别成功。
由于潜在的利益，需要在电动牙刷中设置一个流体分配系统，该系统可靠而且设计足够简单以使制造和维修是切实可行的。
发明概述本发明提供一种用于电动牙刷的再充系统，用于和具有一个内置储存器的电动牙刷一起使用，工作期间流体从该储存器移到刷头中的硬毛，内部储存器具有至少一个使用单位的小容积，所述再充系统包括一个与电动牙刷分开的外部再充装置，该再充装置具有一个流体储存器，其容纳大量体积的流体，至少是若干使用单位容积的流体；和再充装置及电动牙刷相联的装置，用于建立一条从再充装置到电动牙刷的流体通道；用于通过流体通道将流体从再充装置移到电动牙刷的内部储存器中的装置。
附图的简要描述
图1是一个牙刷的示意图，该牙刷包含本发明的流体分配系统。
图2是图1牙刷头部的一个局部分解图。
图3是一个示意图，表示本发明的流体分配系统的一部分。
图4A和4B是本发明的流体分配系统的一个再充阀的横剖图，其中具有和没有一个再充针(needle)。
图5是一个局部分解图，表示泵元件和刷头。
图6和7是表示流体在储存器和刷头之间运动的横剖图，包括移动流体的泵元件。
图8是表示流体输送系统分配阀的横剖图。
图9到13表示本发明的再充装置及再充图1所示牙刷的体内储存器的过程。
图14是再充装置的一个顶视图。
实施本发明的最佳方式图1表示一个典型的电动牙刷，其中使用了本发明的流体分配和再充系统。但是，应该强调的是本发明并不限于所示和所述的特定电动牙刷或者限于一种特定的刷头运动。而且，本发明的原理可以应用于多种结构的电动牙刷，本发明的某些方面甚至可以用在手动牙刷中。
以标号10表示的图1所示的电动牙刷包括一个把手部分12和一个可动头部14。在把手部分中的是一个电动单元，包括驱动刷头18的一个电磁驱动器和一个电池，刷头以一种左右方式安装在一个可转动的臂上，这在下面将要详细论述。牙刷10由一个按钮打开/关闭开关19控制。
图2是一个分解图，表示图1牙刷头部14的基本元件。所述头部包括两个配合的主体元件22和24，其围绕一个支承元件32装配在一起。主体元件24包括一个用于刷头18的伸出的护罩26。刷头18安装在一个转臂30上，接着该臂被安装在一个扭转销轴元件33周围以便转动，元件33在支承元件32的相对侧之间延伸。转臂30由牙刷把手部分12中的一个电磁驱动器(未示出)驱动，该驱动器作用在转臂30端部的磁元件36上。有关这样一种牙刷结构和操作的更详细描述见Giuliani等的美国专利US5,378,153，其具有和本发明相同的受让人。
橡胶密封38和塑料环40将臂30密封到主体元件22和24，防止潮气返回头部14。一个螺母部分15通过螺纹连接将头部14连接到把手部分12。位于一个内腔46中的是一个体内储存器50，该内腔由两个配合的主体部分22和24形成。体内储存器50一般是箭头状的，大约两英寸长，具有沿其周边连在一起的前后类似的弹性塑料板。该实施例所示的体内储存器50通常容纳一次刷牙所需的足够流体，即一个“使用单位”。这种较小的体内储存器容积是重要的，原因在于它容许一个流体储存器设置在图1所示牙刷结构的可动头部14中。这种设置具有许多优点，包括一个较短的流体通道和一个整体简化的结构。因此，当替换头部14时，例如当刷头18的硬毛磨损时，储存器50及相关的流体输送系统是替换单元的一部分。
参照图2和3，从储存器50延伸的是一个短管部件52，该部件装配到一个再充阀56的下端，这在下面详细描述。位于管部件52入口上面、从再充阀56侧面延伸的是一个弹性流体管路60，在该实施例中的是一个直径约0.10英寸、长约1英寸的弹性塑料材料的管路。流体管路60连接到一个流体入口管62，管62的直径约为0.05英寸并延伸到其邻近端64处的刷头18中。
图5至8表示刷头18中的流体输送结构，包括一个流体泵66、一个位于基座元件76中从泵66延伸的流体输送腔68、及一个流体分配阀70，该阀从输送腔68向上延伸，经过刷头表面71上的刷头18进入牙刷的硬毛区域72。
流体入口管62延伸到刷头18中，在该处它连接流体泵66的入口区域83(图7)。流体泵66是一个不规则的块，具有一个从其横向延伸的柱状孔75。流体泵66设置在细长的基座元件76的一端。细长的基座元件76约0.03英寸厚并具有一个挖去部分或腔部68，该部68从泵66大约延伸到基座元件76的另一端。该实施例中所示的腔部68约为0.015英寸深。
如图5所示，该实施例中所示的流体泵66和基座元件76形成一个整体元件，该元件装入刷头下表面中的一个相匹配的腔77中。腔77被如此构造以便当该整体元件正确地设置在腔77中时提供一个用于泵66中柱状孔75端部的固体密封。流体输送腔68连接泵66的出口部分85和分配阀70的下端。当一体的泵和基座元件就位时，一个围绕基座元件76中腔68的唇部84接触刷头中的一个配合表面87，提供一个围绕腔68的液密密封。这样腔68就作为一个连接泵66和分配阀70的流体输送装置。
泵66被构造的具有可以被解除的相对拐角，被解除的部分分别从柱状孔75的相对开口端绕过该块体的相邻拐角延伸到一个位置，该位置近似位于沿泵66的邻近侧的中央。这种结构从图6和7中看得最清楚。用作活塞的一个圆球63安放在气缸孔75中。入口区域83重叠孔75的一段，而出口区域85重叠孔75的另一端。出口区域85连接到基座元件中的流体输送腔68。因此，存在一个从管62到腔68的完整流体通道。球63在柱状孔75中移动，当工作中刷头从左到右运动时，对进入孔75的流体产生一种泵送作用。
对于具有作用到阀70的足够流体压力的正确的泵送操作，在球63和柱状孔75的内表面之间留有适当的间隙是重要的。在所示实施例中，该间隙约为0.0015英寸。
操作中，在排出冲程期间，当球向孔75的排出或出口区域85运动时，流体即朝出口区域运动又绕过活塞朝孔75的入口区域83运动。在活塞的返回冲程(朝向入口区域83)，关闭的分配阀强迫流体绕经球朝向出口区域，准备下一个排出冲程。流率不完全取决于刷头运动的大小，且因此是牙刷载荷的函数。当刷头系统是一个共振系统时，例如′153专利中所述的，当硬毛与牙齿接触时，流率增加。在流体通道的端部有或没有分配阀都会出现泵送作用，而且工作中的泵送作用是自起动的，即它能泵送空气。
由活塞头的往复运动引起的活塞球63的往复动作迫使流体从泵的出口区域85流出并容许流体从流体管62进入入口区域83。在出口区域85中，流体绕泵体的拐角并沿邻近侧运动，被刷头腔的壁约束到泵和基座元件装配的地方中。流体进入基座元件76中的腔68，绕过靠近腔68端部的一个小转向元件92进入分配阀70的基部96的内孔94中。
分配阀70如图8所示。内孔94的直径约为0.07英寸。所示实施例中的阀70为0.34英寸高。阀70被称为一种“鸭嘴”阀，这是由于它在其自由端101处具有两个会聚的唇部98和100。这两个唇部98和100通常是关闭的，即被压在一起，以防止流体泄漏和/或倒流。流体由刷头的往复动作及泵的作用移送到阀70中，具有足够的压力强迫所述的两个唇部98和100分开，在喷在活塞的各“排出”冲程中将流体分配到硬毛区域。所示的阀不仅防止作为一种潜在污染源的流体倒流，而且有助于使泵自起动并确定输出流速。
“鸭嘴”阀70是已知的，其由一种弹性塑料材料制成，以便于唇部98和100的打开和关闭。在所示实施例中，阀70的自由端在刷头基座上约伸处0.18英寸。它一般近似设置在硬毛纵向和横向的中部，尽管这对于系统的正确工作是不必要的。
在工作中，当刷头18左右运动以使活塞球在柱状孔75的入口和出口端之间往复运动时，小体积的流体(约0.00013cc)将被依次从储存器通过泵66移送到分配阀70。阀70的唇部98、100与各个小流体浪稍微分开，但在该浪经过之后再靠近。连续量的流体被强迫进入硬毛区域并由移动硬毛的动作输送到牙齿的所需区域。
因此，在硬毛动作的过程中有一个流体到硬毛区域的连续输送(以小的连续喷射)。该系统比已有的系统具有一些优点。第一，流体输送的连续(以连续喷射或脉冲的形式)特性防止流体在刷牙期间变稀，即这种情况，当流体是传统的牙膏或口腔药物时，它在开始刷牙时被引入。第二，应用本发明使所述流体的效果增强，这是由于流体能被直接供给硬毛作用的区域。
在所示牙刷的特殊作用中，以所述方式并具有′590专利所述的包括频率和振幅的工作特性，牙膏或药物流体的作用被反复增强，这是由于硬毛运动所产生的流体的空穴或其它作用。另外，这是流体到嘴部特定区域的精确输送，包括齿龈线中及牙齿之间的牙龈区域。
因此，本发明的流体分配系统不仅实用和可靠，而且当它在选定的工作条件下使用时还具有显著的治疗效果，例如′590专利中牙刷的运动所产生的那些。
如上所述，所示实施例中的储存器50具有一个使用单位的容积，即所述容积足够一次普通长度的刷牙，即两分钟左右。本发明的系统还包括一个用于一个使用单位储存器的再充系统。该再充系统如图9至14所示。
图9表示整体上的再充装置，其与图1所示的牙刷一起使用。为了再充牙刷头部的一个使用单位的储存器50，再充装置102向下安装在牙刷的顶部，牙刷的头部和刷头部分向上延伸到再充装置102的内部。所述再充装置包括一个壳体104，该壳体具有一个可以示出再充装置一部分内部的可视窗106，因此用户可以确保牙刷的正确插入。
图10表示再充装置的各部分。它包括壳体104和一个内芯元件110。内芯元件110包括一个下部112，该下部的构造可以容纳牙刷头部的上部并与其配合。刷头18向上延伸穿过芯元件110中的一个孔114。芯元件110具有相对的侧轨道116和118，它们在芯元件的外表面119上从芯元件的下边缘117向上延伸。轨道116和118与壳体104内表面120上相应的配合导槽(未示出)配合。
这种设置容许芯元件110以可靠的方式在壳体104中上下运动一定的距离，没有旋转或左右运动。从芯元件110下部112的顶部向上延伸的是一个窄的延伸元件122，在其上端具有一个水平唇部124，在其底部具有两个间隔开的翼形元件126和128，它们邻近所述下部的顶部。芯元件110的下部112在其上端还包括一个邻近翼形元件128的平面部分130。穿过该平面部分130延伸的是一个小孔132。孔132便于容纳再充装置的一个再充针。
位于芯元件110之上的是一个泵装置140，其中包括一个再充储存器111。位于泵装置140之内的是一个填充针142，其与安装到一个密封装置144的针的底部141垂直地取向，密封装置144以一种和泵室内周表面密封的关系装配到泵装置140的泵室部分145。位于泵装置140顶部中的是一个孔150，该孔与泵装置内的再充储存器111连通。一个顶部元件154咬合到泵装置140的上唇部156。在顶部元件154中央处的是一个腔形部分158，在该部分的底部有一个孔160(在图10中局部地示出)，该孔可以与泵装置中的孔150对准或不对准，这取决于所述顶部元件的转动位置。当顶部元件处于正确位置以使这两个孔160和150对准时，再充储存器111可以通过这两个孔填充。
图11至13是横剖图，表示用于牙刷中一个使用单位储存器50的再充过程的步骤。在图11中，牙刷刚被设置在再充装置内部，芯元件110位于其最下位置。在该位置中，延伸元件122的唇部124保留在再充装置内部的一个接收槽170中，和没有牙刷位于再充装置中的情况相同。在该位置中，填充针142的下端164恰好穿过芯元件表面130中的孔132。针底部141及密封装置144位于泵室145内的它们的最下位置。泵室145内的一个弹簧174趋于将针底部141及密封装置144保持在其最下位置。泵室145(原文为144？)下端的室入口阀176位于其关闭位置，如图所示。针142的主体通过密封件178被密封到室145的下边缘元件149。
当牙刷再被用户插入芯元件110中时，牙刷头部的特殊构造的弯曲肩部推靠牙刷元件122底部的翼形元件126、128(图10)。该动作迫使延伸元件122向后足够的距离，以便延伸元件顶部的唇部124移出接收槽170，同时容许芯元件在再充装置中再向上移动。另外由用户作用在牙刷上的向上压力导致芯元件110的进一步向上运动，填充针142进一步穿过芯元件中的孔132并进入牙刷头部14的再充阀56中(图2所示)。
图12表示芯元件运动的一个中间位置，在该处芯元件110的上表面抵靠填充针142的一个肩部180。为了到达该中间位置，芯元件已经在填充装置中向上运动了，但针本身及填充针142的底部141连接的密封装置144都还没有在泵室145中运动。入口阀176保持关闭。
现在参照图13，牙刷的进一步向上运动将导致芯元件110在填充装置中的进一步向上运动，所述芯元件向上推靠在填充针142的肩部180。针142、其底部141及密封装置144在泵室145中向上移动，抵抗弹簧174的作用，在针底部141和泵室145的下端产生一个容积187。来自填充储存器的流体由通过入口阀176的真空作用抽到容积187中，所述阀向上运动。当针底部141及密封装置144抵抗泵室145中弹簧174的作用向上移动时，容积187充满流体。
填充针142具有沿其周边隔开的孔，在该处它连接底部141。更详细地说，针142通过一种“交叉丝”结构连接底部141，“交叉丝”结构的相邻部分之间的空间通到针的中空内部。当芯元件在填充装置中到达其最高位置时，容积187具有近似4ml的容量而且完全充满来自填充储存器111的流体。
在该位置处，刷头稍回退。当牙刷被抽回时，弹簧174的作用迫使密封装置144、针底部141及填充针142本身在泵室145中向下移动，从而减小容积187。容积187中的流体被强迫通过填充针底部的“交叉丝”孔向下进入并通过填充针142的中空内部并从所述针下端的孔188出去。
如上所述，在此位置处的针142中的孔188是位于牙刷的填充阀中。参照图4A和4B，针142向下延伸穿过阀56中的一个顶部密封元件189近似到达其下端190。在区域193中阀56密封地围绕针142，防止流体从针通过排出口194的任何倒流，出口194与流体管路60连接。从所述针中地孔188出来的流体通过口192进入流体管路52(图3)，其导向体内储存器50。
从填充装置进入储存器50的流体量在所示实施例中约为4毫升，这是适于一次使用单位的量。但是，如果需要的话，取决于储存器的容量，其它量可以被分配到体内储存器中。当牙刷从填充装置被充分地往回拉时，所述针、其底部及密封装置回到它们在再充装置中的原始位置，如图12所示。然后将牙刷从所述再充装置拆下，准备一次使用流体，即一次刷牙。体内储存器50的再充发生在每次刷牙之前。
当所示实施例包括一个一次使用单位的储存器，而且该储存器正为每次刷牙而被填充时，可以调整储存器以便容纳多于一次使用的流体。但是，外部再充装置对于储存器的方便再充仍是有用的，容许使用一个位于牙刷体内的较小流体储存器，因此节约了空间和泵送需求。
至此，已经描述了用于电动牙刷的一种新的流体分配和再充系统。该系统包括位于牙刷可动头部中的一个小的使用单位储存器一个流体管路从所述储存器延伸到位于刷头中的一个小泵元件中。该泵元件随着刷头的往复运动提供了流体从储存器到牙刷头中一个分配阀的运动，从而使流体移动到硬毛。
尽管本发明的优选实施例在此处是被作为示例的，但应该理解在不偏离本发明精神的情况下该实施例可以包含各种改变、变型及替换，这由所附的权利要求限定。
权利要求
1.一种用于电动牙刷的再充系统，用于和具有一个内置储存器的电动牙刷一起使用，工作期间流体从该储存器移到刷头中的硬毛，内部储存器具有至少一个使用单位的小容积，所述再充系统包括一个与电动牙刷分开的外部再充装置，该再充装置具有一个流体储存器，其容纳大量体积的流体，至少是若干使用单位容积的流体；和再充装置及电动牙刷相联的装置，用于建立一条从再充装置到电动牙刷的流体通道；用于通过流体通道将流体从再充装置移到电动牙刷的内部储存器中的装置。
2.如权利要求1所述的系统，包括一个位于电动牙刷中的再充阀元件，所述阀元件包括通向所述牙刷中储存器的第一连接件和通向牙刷中一个泵元件的第二连接件。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述再充装置的结构容许牙刷以一种相互配合的关系插入牙刷中，以便当牙刷以一种选定关系处于再充装置内时，所述流体通道从再充装置建立到电动牙刷。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于所述再充装置包括一个再充针，该针在其一端具有一个孔，用于将流体通过再充阀排出到电动牙刷中的内部储存器；在其另一端具有一个孔，用于从再充装置中的储存器接收流体，其中所述牙刷适于安装到再充装置中，以便当再充阀和牙刷处于一种特定的位置关系时，所述针穿入所述再充阀。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述再充系统包括一个可在两个位置之间移动的顶部元件，其中在一个位置中顶部元件中的一个孔与再充系统其余部分的顶面中的一个孔近似对准，导向其中的储存器，因此再充系统中的储存器可以被方便地再充，而在另一位置，所述顶部元件中的孔完全不与再充系统其余部分的顶面中的孔对准。
6.如权利要求2所述的系统，其特征在于所述再充装置包括一个可在其中运动的芯元件，所述芯元件的结构可以容纳包括刷头的牙刷上部，因此当压力施加到抵靠芯元件的牙刷上时，芯元件运动，首先导致再充装置中的一个中空针元件穿入牙刷中的再充阀，而且其中抵靠芯元件的刷头的进一步运动导致所述针在再充装置中的进一步运动，所述针具有一个底部和一个位于再充装置的泵室部分中的密封元件，其中当牙刷运动到其在再充装置中的最高位置然后再向下运动时，流体进入泵室，然后进入中空针中，所述流体经过所述针、再充阀并进入牙刷储存器。
全文摘要
本发明提供一种用于电动牙刷的再充系统，用于和具有一个内置储存器的电动牙刷一起使用，工作期间流体从该储存器移到刷头中的硬毛，内部储存器具有至少一个使用单位的小容积，所述再充系统包括一个与电动牙刷分开的外部再充装置，该再充装置具有一个流体储存器，其容纳大量体积的流体，至少是若干使用单位容积的流体；和再充装置及电动牙刷相联的装置，用于建立一条从再充装置到电动牙刷的流体通道；用于通过流体通道将流体从再充装置移到电动牙刷的内部储存器中的装置。
文档编号A61C17/22GK1589753SQ200410075218
公开日2005年3月9日 申请日期2000年1月7日 优先权日1999年1月13日
发明者S·E·哈尔, J·N·拉里默, K·米勒, R·泰勒 申请人:皇家菲利浦电子有限公司