专利名称：用于驱动牙刷的至少一根毛刷头承载轴的装置的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种用于驱动牙刷的至少一根毛刷头承载轴的装置。
通常已知牙刷包括至少一个用来接触牙刷使用者牙齿的毛刷头。在包括驱动装置的牙刷中，毛刷头设置在毛刷头承载轴的一端，另一端与驱动装置连通。该驱动装置通常包括具有驱动轴的电机，其中电池用于为电机供应电力。
在WO03/070122中描述了一种包括电机和电池的牙刷。在这种牙刷中，三瓣凸轮安装在电机的驱动轴上，具有两个臂的拨叉安装在毛刷头承载轴上，其中该凸轮容纳在拨叉的臂之间。这样，驱动轴的旋转运动导致毛刷头承载轴以及设置在毛刷头承载轴端部的毛刷头的往复旋转运动。由于凸轮包括三瓣，毛刷头的往复旋转运动的频率是驱动轴旋转运动的频率的三倍。这样，在牙刷操作期间，毛刷头以相对较高的频率移动，这使得使用者获得他或她的牙齿洗刷处理的良好结果。
尽管良好的清洁结果可以通过应用WO03/070122中已知的牙刷来获得，这种牙刷还存在一些需要改善的方面。例如，存在一种使牙刷操作期间施加在牙刷壳体上的反作用力最小化的需求。
根据本发明，提出一种用来驱动牙刷的至少一根毛刷头承载轴的改良驱动装置，该驱动装置包括下列驱动元件-两个驱动臂，其中每个驱动臂设置成使得可绕位于驱动臂一端的旋转轴线旋转；以及-至少一个用来在相反旋转方向内产生驱动臂的往复旋转运动的臂致动件。
根据本发明的驱动装置包括两个驱动臂和至少一个臂致动元件。每个驱动臂设置成使得可绕位于驱动臂一端的旋转轴线旋转，同时该至少一个臂致动元件用于在相反旋转方向内产生驱动臂的往复旋转运动。
该驱动装置例如可包括电机，其中臂致动元件包括电机的驱动轴，但其不改变驱动装置可包括其它适当的驱动元件的这一事实。
由于根据本发明的驱动装置包括两个驱动臂的这一事实，有可能采用驱动装置来驱动两根毛刷头承载轴。因此，根据本发明的驱动装置可应用在具有两个毛刷头和两根毛刷头承载轴的牙刷中。通常在这种牙刷中，两根毛刷头承载轴相对于彼此平行地延伸，其中它们可彼此并排设置或以同心方式设置。毛刷头承载轴的端部可设置成使得一个毛刷头是另一个毛刷头的延续。
为了使驱动装置能够驱动两根毛刷头承载轴，每个驱动臂连接于毛刷头承载轴中的另一个。最好，每个驱动臂以驱动臂可绕其旋转的旋转轴线与毛刷头承载轴的纵向中心轴线重合的方式连接于相应支承轴。在这种配置中，驱动臂绕旋转轴线的往复旋转运动产生毛刷头承载轴绕其纵向轴线的往复旋转运动，以及毛刷头的往复旋转运动。此外，两驱动臂在相反旋转方向内的运动产生两根毛刷头承载轴在相反旋转方向内的运动，以及毛刷头在相反旋转方向内的运动。
在前段基础上很显然可能出于借助两个在相反旋转方向内往复旋转运动的毛刷头来清洁牙齿的目的应用根据本发明的驱动装置。
总的来说，鉴于所获得的清洁结果，两个毛刷头的运用优于仅一个毛刷头的运用。此外，在存在有两个操作期间在相反旋转方向内执行运动的毛刷头情况下，考虑到安全问题，一个毛刷头是另一个毛刷头的延续的配置优于两个毛刷头彼此并排设置的配置(例如从US5864911中已知的)。
在优选的实施例中，根据本发明的驱动装置包括具有驱动轴的电机，其中四瓣凸轮设置在驱动轴的端部。为了接触凸轮，提供两个滚子。每个滚子可转动地设置在另一驱动臂的一端，该端与驱动臂旋转所绕的旋转轴线所在的那一端相对。驱动臂设置成使得一个滚子定位于凸轮的一侧，同时另一滚子定位于凸轮的相对侧。为了确保滚子压靠凸轮，两个驱动臂借助于弹簧互连。
在根据前段所述优选实施例的驱动装置操作期间，驱动轴和凸轮旋转。当滚子压靠凸轮相对侧时，滚子同时被转动，并且也以由凸轮形状确定的方式移动。在处理过程中，滚子的位移产生驱动臂绕其旋转轴线的旋转。根据本发明的重要方面，凸轮形状被选为使得滚子在相反方向内执行相似运动，其中该运动具有往复特性，从而驱动臂被迫执行在相反旋转方向内的相似往复旋转运动。
在根据前段所述优选实施例的驱动装置操作期间，驱动臂和滚子在相反方向内运动。这一事实的有利结果是与驱动臂和滚子的质量相关的反作用力和它们的运动彼此平衡。在驱动装置容纳在牙刷壳体中的情况下，壳体不受任何反作用力的影响。此外，驱动轴对称负载，因为由驱动轴一侧的一个滚子施加的作用力通过驱动轴相对侧的另一滚子施加的作用力进行平衡。
根据前段所述优选实施例的驱动装置的另一优点是，由于凸轮包括四瓣这一事实，这些驱动装置能够以四倍于驱动轴旋转运动频率的频率移动毛刷头承载轴和相应毛刷头。因此，毛刷头的运动频率较高，从实现有效清洁处理来看是有利的。
本发明还涉及一种包括至少一根毛刷头承载轴、至少一个毛刷头和用于驱动该至少一根毛刷头承载轴的驱动装置的牙刷。
本发明现在将参考图进行更为详细的解释，其中相似的零件由相同的参考标记指示，其中
图1图解显示了根据本发明第一优选实施例的牙刷的顶视图，其中牙刷的外壳已被部分去除；图2图解显示了沿图1中直线A-A的截面视图；图3图解显示了根据本发明第二优选实施例的牙刷的顶视图，其中牙刷的外壳已被部分去除；图4图解显示了沿图3中直线B-B的截面的第一可能视图；图5图解显示了沿图3中直线B-B的截面的第二可能视图；图6图解显示了沿图3中直线B-B的截面的第三可能视图；图7图解显示了沿图3中直线B-B的截面的第四可能视图；图8图解显示了图7所示元件的顶视图；图9图解显示了图5中细节A的可能前视图；图10图解显示了沿图9中直线C-C的截面的一部分的第一可能视图；图11图解显示了沿图9中直线C-C的截面的一部分的第二可能视图；图12图解显示了图5中细节A的第一可能后视图；图13图解显示了沿图1 2中直线D-D的截面的一部分的视图；图14图解显示了图5中细节A的第二可能后视图；以及图15图解显示了沿图14中直线E-E的截面的一部分的视图。
图1和2中，根据本发明第一优选实施例的牙刷1被图解显示。第一牙刷1包括手柄10和连接于其的刷部20。
刷部20包括两个彼此并排且大致相对于彼此平行延伸的毛刷头承载轴21、22。毛刷头23被设置在两毛刷头承载轴21、22的自由端，这样一个毛刷头23是另一个毛刷头23的延续。毛刷头承载轴21、22通过外壳24覆盖。
手柄10包括壳体11，其用来容纳用于驱动毛刷头承载轴21、22的第一牙刷1的各个元件，它们以从下列对这些元件及其功能的描述可见的方式容纳。毛刷头承载轴21、22的一部分在手柄10内部延伸，毛刷头承载轴21、22在那里连接于驱动元件。壳体11包括用于覆盖毛刷头承载轴21、22的所述部分和驱动元件的外壳12。为了简化起见，用来支承驱动元件且连接于壳体11的支承装置未显示在图1和2中。
很明显手柄10不仅用于容纳用来驱动毛刷头承载轴21、22的各元件。手柄10还使得使用者能够以方便的方式将第一牙刷1握在他或她的手中。
有利地，刷部20以可分离的方式连接于手柄10，从而例如在毛刷头23废旧的情况下用过的刷部20可由新刷部20替换。可选地，还可能毛刷头23可从毛刷头承载轴21、22分离从而无需替换毛刷头承载轴21、22与毛刷头23一起的整个部分。
第一牙刷1包括连接于电池31的电机30，该电池有效提供驱动毛刷头承载轴21、22所需的电力。电池31最好是可充电型的。电机30和电池31均固定地连接于壳体11。这不改变第一牙刷1可包括用来将电池31从壳体11拆下以获得替换电池31的可能性的装置。
电机30包括可旋转的驱动轴32。四瓣凸轮33设置在驱动轴32的自由端。在相对侧，凸轮33由滚子34、35接触，其中第一滚子34的旋转轴借助于第一滚子臂25连接于毛刷头承载轴21，并且其中第二滚子35借助于第二滚子臂26连接于第二毛刷头承载轴22。为了避免滑动并减小作为凸轮33和滚子34、35之间接触的结果而产生的噪声等级，滚子34、35的接触面最好包括例如橡胶、塑料或类似物的适当材料。
滚子34、35借助于与滚子臂25、26相连的弹簧偏压凸轮33。如图1和2所示的第一牙刷1包括螺旋弹簧27，但也可能应用另一种偏压装置，例如扭簧或板簧。此外，弹性连接元件28设置在连接于毛刷头承载轴21、22的滚子臂25、26的端部之间。这样，一方面所述滚子臂25、26的端部另一方面用来支承所述端部的支承装置之间的窜动得到避免。
如前所述的第一牙刷1的设计，其结果是，在第一牙刷1操作期间，刷头23同时在相反旋转方向内执行往复旋转运动。刷头23这些运动的实现方式接下来将进行解释。
在第一牙刷1操作期间，电机30的驱动轴32执行在一个方向内的连续旋转运动。因而，凸轮33也执行在一个方向内的连续旋转运动并且凸轮33的瓣相对于滚子34、35的位置不断变化。由于凸轮33包括偶数个瓣，本例中为四个，并且镜像对称，滚子34、35以交替方式不断受迫彼此远离移动和向着彼此移近。在处理过程中，滚子34、35在相反方向内执行大致相同的运动。在整个处理过程中，滚子34、35借助于螺旋弹簧27持续压靠凸轮33。此外，在整个处理过程中，滚子34、35绕它们的旋转轴旋转。很显然这对于摩擦力的降低而言是有利的。
支撑滚子34、35的滚子臂25、26端部位移的结果是，滚子臂25、26连接于毛刷头承载轴21、22且借助于连接元件28互连的另一端部以往复方式旋转。因而，毛刷头承载轴21、22和设置在其自由端的毛刷头23也以往复方式旋转。由于支承滚子34、35的滚子臂25、26的端部在相反方向内移动，滚子臂25、26另一端部和连接于其的毛刷头承载轴21、22也在相反方向内旋转。很显然该运动同样也可应用于设置在毛刷头承载轴21、22自由端的毛刷头23。
在所示例子中，凸轮33包括四瓣。其结果是，由毛刷头23执行的往复旋转运动的频率是由电机30的驱动轴32执行的旋转运动频率的四倍。这样，有可能让毛刷头23以较高的频率运动。
在前述事实的基础上，很显然在第一牙刷1的操作期间，毛刷头23同时以较高频率在相反旋转方向内执行往复旋转运动。在应用第一牙刷1的刷牙处理过程中，牙齿同时被两个在相反方向内旋转的毛刷头23接触。因此，牙齿同时受到两个相反作用力，并且刷牙处理以相对安全的方式发生。
第一牙刷1的设计的重要有利之处在于，由于应用了两组滚子34、35和滚子臂25、26这一事实，在第一牙刷1操作期间正常施加于第一牙刷1的壳体11的反作用力得以最小化。出于这一原因，有可能采用相对较轻的壳体11。此外，电机30的驱动轴32对称负载，从而支承该轴32的支承装置对称负载，从而这些支承装置的寿命增加。
操作期间由第一牙刷1产生的噪音等级相对较低，因为在电机30的驱动轴32与毛刷头承载轴21、22相连所借助的各元件之间几乎没有任何窜动，并且例如弹性连接元件28的应用这种措施被用来避免各元件与它们相应的支承装置之间的窜动。
容易理解，在本发明范围之内，牙刷存在许多可能的实施方式。图3中图解显示了根据本发明第二优选实施例的牙刷2。在该第二牙刷2中，毛刷头承载轴21、22以同心方式设置，而非彼此并排设置。为了第二牙刷2的以下描述，假定第一毛刷头承载轴21由第二毛刷头承载轴22环绕，但很清楚毛刷头承载轴21、22相对于彼此的配置也可以是相反方式。在图4-7中，毛刷头承载轴21、22的共同中心轴线通过参考数字29指示。支承装置(如图解显示在图6和7中的)设置为支承毛刷头承载轴21、22，其中中心轴线29的位置相对于第二牙刷2的壳体11固定。此外，代替具有驱动轴32、设置在其自由端上的凸轮33、以及用来接触凸轮33的滚子34、35的电机30，第二牙刷2包括其它用来驱动毛刷头承载轴21、22的装置。
用来驱动毛刷头承载轴21、22的装置的第一可选设计图解显示在图4中。根据该第一可选例，提供由软铁或其它适当金属制成的驱动臂25、26，它们连接于毛刷头承载轴21、22。驱动臂25、26的大部分容纳在一个包括线圈41的磁轭40，其中驱动臂25、26由线圈41环绕。在磁轭40外部，驱动臂25、26借助于板簧27互连。
在操作期间，线圈41通过电流间歇激励。在线圈41受到激励的时期，产生一个磁场，其结果是推斥力作用在驱动臂25、26上，并且驱动臂25、26远离彼此移动。在间歇时期，驱动臂25、26在板簧27作用下向着彼此移动。这样，驱动臂25、26以交替方式不断受迫远离彼此移动和向着彼此移动。
前段所述的处理的结果是，毛刷头承载轴21、22不断绕中心轴线29在相反旋转方向内运动，其中由毛刷头承载轴21、22执行的旋转运动具有往复性质。
用来驱动毛刷头承载轴21、22的装置的第二可选设计图解显示在图5中。根据这一第二可选例，提供连接于毛刷头承载轴21、22的驱动臂25、26。在驱动臂25、26的自由端，设置具有曲线形状并容纳在线圈41中的软铁或其它适当金属芯部42，其中芯部42由线圈41环绕并且其中芯部42由线圈41的相对端部接收。驱动臂25、26借助于螺旋弹簧27互连。
在操作期间，线圈41通过电流间歇激励。在线圈41受到激励的期间，一个磁场产生，其结果是推斥力作用在芯部42上并且驱动臂25、26远离彼此移动。在间歇时期，驱动臂25、26在板簧27作用下向着彼此移动。这样，驱动臂25、26以交替方式不断受迫远离彼此移动和向着彼此移动。在处理过程中，芯部42的运动不受线圈41的阻碍，因为线圈41以与芯部42大致相同的方式弯曲。
前段所述的处理的结果是，毛刷头承载轴21、22不断绕中心轴线29在相反旋转方向内运动，其中由毛刷头承载轴21、22执行的旋转运动具有往复性质。
用来驱动毛刷头承载轴21、22的装置的第三可选设计图解显示在图6中。根据这一第三可选例，提供金属驱动臂25、26，其一端连接于毛刷头承载轴21、22而另一端借助于螺旋弹簧27连接于第二牙刷2的壳体11。线圈41设置在介于驱动臂25、26之间的位置，环绕由软铁或其它适当金属制成的芯43，其中芯43在两端远离线圈41延伸。此外，磁铁44设置在驱动臂25、26之间的位置。
在操作期间，线圈41通过电流间歇激励。在线圈41受到激励期间，磁场产生，其结果是芯43的两端在驱动臂25、26上施加吸引力，从而驱动臂25、26向着彼此移动。在间歇时期，驱动臂25、26在螺旋弹簧27作用下远离彼此移动。这样，驱动臂25、26以交替方式不断受迫向着彼此移动和远离彼此移动。在处理过程中，磁铁44减少磁滞，从而驱动臂25、26的运动受到这种现象阻碍的程度得以降低。
前段所述的处理的结果是，毛刷头承载轴21、22不断绕中心轴线29在相反旋转方向内运动，其中由毛刷头承载轴21、22执行的旋转运动具有往复性质。
用来驱动毛刷头承载轴21、22的装置的第四可选设计图解显示在图7和8中。根据这一第四可选例，提供驱动臂25、26，其一端连接于毛刷头承载轴21、22，并且另一端具有磁铁44。此外，提供磁轭40和线圈41，其中线圈41借助于磁轭40保持在介于驱动臂25、26的磁铁44之间的位置。
在操作期间，线圈41通过电流受到激励，这样相反磁场交替产生。其结果是，线圈41交替在磁铁44上施加吸引力和排斥力，从而驱动臂25、26向着彼此和远离彼此交替运动。这样，毛刷头承载轴21、22绕中心轴线29在相反旋转方向内的往复运动得以实现。
用于支承该同心设置的毛刷头承载轴21、22的支承装置的许多可选设计将在后面参考图9-15进行描述。
支承装置的第一可选设计显示在图10中，其图解显示了沿图9中直线C-C的截面部分的第一可能视图，其中图9图解显示了同心设置的毛刷头承载轴21、22的截面和连接于其的驱动臂25、26的一部分的视图。
根据第一可选例，毛刷头承载轴21、22由滑动轴承51、52支承，它们最好非常精密以获得生成噪音等级的降低。第一毛刷头承载轴21由第一滑动轴承51支承，其固定连接于第二牙刷2的壳体11。第二毛刷头承载轴22由设置在第一毛刷头承载轴21上的第二滑动轴承52支承。
支承装置的第二可选设计显示在图11中，该图11图解显示了沿图9中直线C-C的截面部分的第二可能视图。根据该第二可选例，毛刷头承载轴21、22的弹性支承借助于橡胶筒51、52实现。该第一毛刷头承载轴21固定地连接于该第一橡胶筒51，该橡胶筒固定地连接于第二牙刷2的壳体11。该第二毛刷头承载轴22固定地连接于第二橡胶筒52，该橡胶筒固定地设置在该第一毛刷头承载轴21上。在这种配置中，毛刷头承载轴21、22的旋转运动导致橡胶筒51、52的变形。
支承装置的第三可选设计显示在图12和13中。根据该第三可选例，毛刷头承载轴21、22的弹性支承借助于包括具有腔体54的弹性部分53的塑料支承元件51、52实现。第一毛刷头承载轴21固定地连接于第一塑料支承元件51，该元件固定地连接于第二牙刷2的壳体11。该第二毛刷头承载轴22固定地连接于第二塑料支承元件52，该元件也固定地连接于第二牙刷2的壳体11。在这种配置中，毛刷头承载轴21、22的旋转运动导致塑料支承元件51、52的弹性部分53的变形。
支承装置的第四可选设计图解显示在图14和15中。根据该第四可选例，毛刷头承载轴21、22的弹性支承借助于板簧51、52实现。两个板簧51、52固定地连接于环55，该环例如通过另一板簧(未示出)连接于第二牙刷2的壳体11。该第一毛刷头承载轴21固定地连接于第一板簧51，同时第二毛刷头承载轴22固定地连接于第二板簧52。在这种配置中，毛刷头承载轴21、22的旋转运动导致板簧51、52的变形。
很清楚，本发明范围内的本领域技术人员不会局限于前述各例，而是可能对其做出若干修改和改进而不脱离本发明由所附权利要求限定的范围。
根据本发明的牙刷1、2包括两个毛刷头23并非必要的。因此，根据本发明的牙刷1、2包括两根毛刷头承载轴21、22并非必要的。替而代之，可能仅提供一根毛刷头承载轴21、22且仅一个毛刷头23。然而，优选利用借助于两个在相反方向内执行往复旋转运动的毛刷头23来获得有效刷牙处理的可能性，正如本发明所提供的。
虽然四瓣凸轮33已经就第一牙刷1进行了描述，具有其它数量瓣的凸轮33也可应用。为了使接触滚子34、35在相反方向内移位，重要的一点是瓣数为偶数。
对于第一牙刷1，已进行描述的是，连接于毛刷头承载轴21、22的滚子臂25、26的端部由弹性连接元件28进行连接。这不改变另一种适当类型的连接元件28可在此应用的事实，其中重要的是，一方面所述滚子臂25、26的端部之间另一方面用于支承所述端部的支承装置之间的窜动得以避免。
权利要求
1.一种用于驱动牙刷的至少一根毛刷头承载轴的装置，包括-两个驱动臂，其中每个驱动臂设置成使得可绕位于驱动臂一端的旋转轴线旋转；以及-至少一个用来在相对旋转方向内产生驱动臂的往复旋转运动的臂致动件。
2.根据权利要求1的驱动装置，包括-具有偶数个瓣的可旋转设置的凸轮；以及-用于使驱动臂偏压抵靠凸轮相对侧的偏压装置。
3.根据权利要求2的驱动装置，其中用来接触凸轮的滚子可转动地设置在每个驱动臂的一端，该端与驱动臂旋转所绕的旋转轴线所在的那一端相对。
4.根据权利要求2或3的驱动装置，包括具有驱动轴的电机，其中凸轮设置于电机的驱动轴处。
5.根据权利要求1的驱动装置，包括用来环绕驱动臂大部分的电气线圈，其中该驱动臂包括金属，优选软铁。
6.根据权利要求1的驱动装置，其中金属芯部设置在每个驱动臂一端，该端与驱动臂旋转所绕的旋转轴线所在的那一端相对，该驱动装置包括用来环绕金属芯部的大部分的电气线圈。
7.根据权利要求5或6的驱动装置，其中偏压装置用于使驱动臂相对彼此偏压。
8.根据权利要求1的驱动装置，包括环绕金属芯的电气线圈，其中该驱动臂设置在芯的两端。
9.根据权利要求8的驱动装置，其中偏压装置用于使驱动臂远离彼此偏压。
10.根据权利要求1的驱动装置，其中磁铁被设置在每个驱动臂一端，该端与驱动臂旋转所绕的旋转轴线所在的那一端相对，该驱动装置包括电气线圈，其中磁铁位于线圈的两侧。
11.根据权利要求1-10任一项的驱动装置，其中驱动臂旋转所绕的旋转轴线重合。
12.一种牙刷，包括-至少一根被设置为可绕其纵向中心轴线旋转的毛刷头承载轴；-至少一个设置在该至少一根毛刷头承载轴端部并且用于接触牙刷使用者的牙齿的毛刷头；以及-根据权利要求1-11中任一项的驱动装置，其中该至少一根毛刷头承载轴联结于驱动装置的驱动臂。
13.根据权利要求12的牙刷，其中该至少一根毛刷头承载轴的纵向中心轴线与相联结的驱动臂旋转所绕的旋转轴线重合。
14.根据权利要求12或13的牙刷，包括两根毛刷头承载轴和两个毛刷头，其中该毛刷头设置成使得一个毛刷头是另一毛刷头的延续。
15.根据权利要求12-14中任一项的牙刷，包括两根毛刷头承载轴，其中毛刷头承载轴的纵向中心轴线重合。
16.根据权利要求12-15中任一项的牙刷，其中该至少一根毛刷头承载轴由滑动轴承支承。
17.根据权利要求12-15中任一项的牙刷，其中该至少一根毛刷头承载轴由可变形弹性轴承支承，该弹性轴承固定地连接于该至少一根毛刷头承载轴。
全文摘要
用于驱动牙刷的毛刷头承载轴(21，22)的装置包括借助于电机(30)进行驱动的四瓣凸轮(33)。在相对侧，凸轮被通过臂(25，26)连接于毛刷头承载轴的滚子(34，35)接触。滚子借助于与臂相连的弹簧压靠凸轮。在操作期间，凸轮的旋转导致滚子的相反往复位移。这些位移经由臂导致毛刷头承载轴绕其纵向中心轴线的相反往复旋转。因此，设置在毛刷头承载轴端部的毛刷头以往复方式在相反旋转方向内旋转。由于凸轮的瓣数是四个，毛刷头以四倍于凸轮旋转频率的频率旋转。
文档编号A61C17/34GK1917830SQ200580004314
公开日2007年2月21日 申请日期2005年1月31日 优先权日2004年2月9日
发明者G·J·H·罗德曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司