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。
背景技术：
小型器具具有各种各样的工作件动作。在一些情况下，驱动动 作与工作件的动作相同，在另一些情况下，希望将特定的驱动动作 转换为不同的工作件动作，比如将侧向驱动动作转换到旋转动作， 美国专利No.5，189，751显示的磁性驱动器通过带微小弧线的側向
(前后)移动方式来移动连接有牙刷件的细长转动臂的一端.因此， 工作件以特定方式振动.尽管这样的工作件动作具有4艮好的效果，
出于各种原因，还是希望工作件能通过选定的孤线来转动(旋转运 动)，同时保持侧向驱动动作。这样将要求设置运动转换组件，将 侧向运动转换为旋转运动。
已经存在可将侧向驱动动作，如专利No. 5，189，751的电磁驱动 器产生的动作，转换为工作件旋转运动的装置.某些装置涉及连杆 型机构.但是，这些连杆型机构经常具有不希望的退回动作，可形 成阻尼、振动和噪音。还可以使用与弹性件结合的枢轴转动组件. 弹性件可使用扭簧.扭簧通常采用螺旋弹簧，螺旋弹簧一般不能将 其必要的径向刚度与可接受的低扭簧刚度结合.大部分的这些已知装置要求不同的支承结构，这些结构通常很复杂，产生噪音而且不 可靠.轴承也具有其自身间隙.
其它教导了振动装置的专利文献包括US2002/0092104A1和 US-A-6140 723, US2002/0092104A1涉及一种具有可分离刷头組件 的电动牙刷，其中刷头组件包括^i殳置在外壳内的驱动轴29所驱 动的从动轴52.该从动轴52和支撑磁性板32的扭杆28的长度对 准，轴承支撑着该轴的内端以使转动振荡，并且轴承抑制平移运动.
US-A-6 140 723涉及一种口腔护理装置，其包括输出轴ll，该 输出轴由谐振销25弹性地支撑.输出轴11组装到机壳12以使之 能左右摆动.
此外，共振系统的弹性件通常用作驱动组件的部件，如本发明 的弹性组件，这些弹性组件通常要求调整某些结构或调整非常精密 的制造误差，使得弹性组件的谐振频率可接受地接近装置的操作或 驱动频率，以保持共振系统的效率。
因此，对于发明的运动转换组件而言，希望转换组件高效、可 靠和制造成本4氐.至于弹性组件调整，希望调整可以用简单的方法 来实现，可以在组件制作时进行,使器具的制造误差加大(大误差)， 从而降低器具的制造成本，以及大量减少制造过程中返工的器具数 量.
发明内容
因此，本发明的一个方面是将側向驱动动作转换为器具的工作 件部分旋转运动的装置和相应的方法，包括可移动的基体固定件， 受到驱动能够进行平移往复运动；位置固定的固定件，与基体件间 隔开，固定的固定件保持在适当位置，在所述器具搮作时不移动； 弹性件，连接到基体件和固定的固定件；和驱动轴，其连接到基体 件，可相对所述固定的固定件转动，所述驱动轴固定有工作件，其中，所述弹性件设置成其对扭曲的抗力基本上小于弯曲抗力，扭曲 作用可使工作件以预定频率转动.
本发明的另一方面，是一种包括工作件的器具的共振驱动系统 的弹性件调整方法，所述驱动系统具有驱动频率，所述方法包括步
骤测量工作件的与频率相关的幅度，振动是通过弹性件的动作进 行，其中测得的频率可高于或低于器具的驱动频率；和充分改变弹
性件的刚度，因此改变其谐振频率，使其非常接近器具的驱动频率.
本发明还提供一种电动牙刷，其包括把手部分、牙刷的驱动组 件和从动轴组件。其中牙刷的驱动组件位于所述把手内，所述把手
具有纵轴线；从动轴组件包括臂部分，其上固定牙刷头，所述从动 轴组件对所述驱动组件所出响应，产生工作件的移动，所述驱动轴 以某角度范围内的一定角度相对所述把手的纵轴线倾斜，可使所述 牙刷相对所述驱动轴转动轴线的惯性矩足够大，与驱动轴的旋转轴 线和把手的轴线重合的设置相比，牙刷把手部分的振动显著减少，
图1和图1A是本发明的电动牙刷的运动转换组件的分解图2是图1的运动转换组件部分的透视图3是显示驱动轴和牙刷臂相对牙刷纵轴线的偏斜位置的正视
图4显示了用于剃须器具的改进的运动转换系统；
图5显示了频率调整方法对图2的运动转换组件的调整结果；
图6-8显示了图2的本发明的可选实施例；
图9和10显示了图2的本发明的另一可选实施例；
图11显示了图2的本发明的又一可选实施例.
具体实施方式
图l和图1A显示了电动牙刷10，其包括把手部分12和刷头部 分14。把手部分包括电源，比如可充电电池16，和驱动组件，一 般用18来标记，刷头部分14包括工作件，即刷头20,其包括多根 设置成选定形式的刷毛，刷头10固定其上的刷头臂22，运动转换 组件，用26来标记，和运动转换組件的固定组件27。
在所显示的实施例中的运动转换组件26可将驱动轴28的直线 运动转换成旋转运动，驱动轴延伸到刷头臂22并与其结合，以使 刷头臂旋转和转动刷头20.刷头部分14还包括螺帽件30,其连接 头部14到把手部分12,固定组件27固定安装到螺帽件.
在所显示的器具中，驱动组件18是电磁铁，可产生側向力， 在操作时与两个永久磁铁32结合，其中永久磁铁固定到位于运动 转换组件26后端的可移动的端部件40，以便通过側向稍微弧线的 平移方式移动端部件40."側向，，在本文中是指直线側向移动或带有 稍微孤线的侧向路径.运动转换组件26通过板簧设置将驱动组件 的驱动动作转换成驱动轴28的扭转或旋转动作，驱动轴再转动刷 头臂22和刷头20围绕驱动轴28的纵轴线A-A (见图2)旋转.在 所示实施例中，刷头转动所含角度(圃弧)大约为11"，虽然这个 角度可变化，但这不是本发明的主要部分.
运动转换组件26在图2中详细地显示.其包括可移动的端部 件40，在所示实施例中是用塑料材料制造，有大约0.6英寸长，最 宽处的尺寸是大约0.6英寸，厚度大约是O.l英寸.小中心定位固 定销46从端部件40的后表面44延伸.永久磁铁组件固定在销46 上，在所示实施例中，其包括金属固定板50 (见图1)和两个间隔 开的矩形永久磁铁32， 32.永久磁铁32, 32与把手12内的电磁铁 18互相作用，使可移动的端部件40通过带稍微弧线的路径側向移 动.该动作在专利No. 5,189,751中有详细的解幹，其内容在本文中 参考引用。但是，应当知道，驱动组件18的側向驱动动作只是其中一种设置，已经知道有许多其他的侧向驱动器，这些驱动器可用 于本发明的转换组件.
在可移动的端部件40的背面56设有固定件58，可以与端部件 40整体形成，或牢固地连接其上.两个细长的板簧60和62从固定 件58向前延伸。在所显示的实施例中，各板簧60， 62大约1英寸 长、0.2英寸宽、大约0.02英寸厚.在所示实施例中板簧60， 62用 金属制造.但是也可以用其他材料如塑料来制造.
在所示实施例中两个板簧60， 62所在位置互相形成70°的角度. 两个板簧在可移动的端部件40和固定的端部件64之间延伸，并固 定在这两个端部件上。固定的端部件64通常是圃形，厚度大约是 0.1英寸，在所显示的实施例中是用塑料制造.端部件64在顶部和 底部分别设有两个相对的槽口 67， 69。
细长的驱动轴28从固定件58的两个板黃60和62的大致相交 处延伸，如果板簧是这样延伸的话.两个板簧60和62的平面在运 动转换组件的旋转中心处相交，驱动轴位于相交处.在所显示的实 施例中，驱动轴28;|_金属的，截面为矩形.驱动轴28也可以为其 他的结构.操作中，板簧扭曲还出现一定弯曲，使得驱动轴旋转. 板簧的相对位置和尺寸可最佳化，以减少各个板簧的应力.
驱动轴28在所显示的实施例中通过固定的端部件64中的槽口 69延伸，所以可相对固定的端部件64自由转动.驱动轴28延伸到 刷头臂22并与之结合，运动转换组件的动作产生的驱动轴28转动 造成刷头臂22转动和固定到其远端的刷头20的转动.
固定的端部件64通过固定组件27进行固定，使其不会作相对 转动。固定组件27包括作为其一部分的塑料环72，其上设有两个 向后延伸的相对的凸缘74和76.两个凸缘74和76通过固定的端 部件64的槽口67， 69延伸.两个凸缘74和76的结构可与牙刷把 手12的对应的接受部分(未显示)配合，以便在固定组件27(和端部14)和把手12之间形成固定配合连接，当固定组件27的凸缘 74和76适当地位于把手12的接受部分，螺帽30位于适当位置， 如下面所介绍的，固定组件27以及固定的端部件64保持固定，防 止出现转动.两个板簧60和62的远端固定安装到端部件64，防止 其移动.
连接螺帽30安装到固定组件27和运动转换组件26.连接螺帽 件的内表面设有螺紋77，所以可螺紋连接到把手12的外螺紋部分 67.螺帽30将凸缘74和76压到把手，通过凸缘74和76将固定 端部件64保持在适当位置.螺帽30的上边79是柔性连接件78， 在所示实施例中是用弹性材料制造。连接件78的下边安装成与螺 帽30的上边79对齐，连接件78延伸到密封件77,密封件提供了 刷头臂22和连接件78的上端之间的流体密封.
搮作时，把手内的电磁铁驱动器18产生的側向驱动(或任何 其他的侧向驱动)使可移动的端部件40产生稍微孤线运动，造成 刷头20在特定角度内的转动.
在所显示的实施例中，两个板脊60和62以及驱动轴28闺定 到固定的和可移动的端部件，使其与牙刷的纵轴线B-B偏离角度 延伸(见图3).该角度在5到15"的范围内，最好是10度，刷头 臂的这个角度增加了牙刷在使用者口腔内到达的范围.在许多情况 下这是个优点。此外，通过这样设置，旋转中心位于与把手轴线不 同的轴线上。由于旋转中心倾斜于器具的纵轴线，器具的其他部分 相对驱动轴的旋转轴线的惯性矩快速增加，因此减少了把手的振 动，由于具有更大的惯性矩，包括把手的器具有较低的振动.对于 使用者这是希望具有的优点.
尽管所介绍的实施例包括两个分开的板簧，互相形成特定的角 度(70°)，但两个分开的板簧不是必须的.分开的角度可在卯°±40° 的范围变化，此外，也可采用径向模式使用多于两个的板簧，板黃的平面相交于驱动轴的旋转中心.两个板簧还可以结合成一个板
簧，具有v或u形，开口正方形或开口矩形。其他形状也可以采
用.驱动轴必须通过弹簧连接到系统的可移动的端部件。驱动轴不 能连接到弹黃的任何其他部分.这种结构可以是单件结构.关键的 结构要求在于弹性件必须设置成对扭曲的抗力要小于对弯曲的抗
力，使可移动的端部件的侧向动作导致板簧扭曲并造成驱动轴的转 动.本文显示和介绍的设置可产生这样的动作.也可以使用其他的 弹簧设置.此外，并且是很重要的，弹黃的设置必须使得刷头不仅 是转动还要以选摔的频率转动。
图6， 7, 8显示了图1到3的运动转换组件的一个可选实施例， 使用了特定的线状弹簧的设置。转换组件包括后板120和永久磁铁 122.衔铁轴124固定到销轴126上的背后磁铁122.轴124的远端 127设有两个互相间隔卯G(直角)的槽123， 125。两个线状弹簧128 和130也是间隔卯0 (直角)，插入槽123, 125.牙刷轴129具有 交叉件131， 133，可与槽123， 125配合，将线状弹簧保持在衔铁 轴124和牙刷轴129的各端部之间.
牙刷头或其他工作件(未显示)的基体件137位于牙刷轴的远 端135,轴环136，如同夹头，受压将牙刷轴压到衔铁轴上，将弹 簧、牙刷轴和衔铁轴保持在一起.线状弹簧128和130的后端然后 固定到弹簧固定件138，其后端139的开槽141可固定线状弹簧的 端部.弹簧固定件138固定连接到器具的壳体.驱动组件的側向力 造成背板120移动导致牙刷轴129转动.
困9和10显示了另外的实施例.转换组件包括单件的多片板 簧140，其可包括三个在同一端144连接到一起的单独构件142， 143， 144.弹簧140固定到可移动的后端件150,其中设有调整块 151，其中的材料可取下以调整弹性组件的共振频率.后板件152 位于可移动的后端件150的后表面，永久磁铁154固定其上.驱动轴158连接到可移动件150并从件150延伸。驱动轴158的远端155 固定工作件，如牙刷头(未显示).弹性组件140的自由端固定到 固定的固定件160，驱动轴158通过固定件延伸，固定件160固定 到牙刷的壳体.移动件150的往复运动可导致驱动轴158和工作件 的旋转运动，
也可以采用其他的弹簧设置，包括多个弹性件161， 161的设 置，其中弹性件类似于篮状设置，从可移动的后固定件163延伸到 固定的固定件165。弹性件161, 161在两个固定件之间向外偏斜。 图11显示了这种带有4个弹性件的设置，可设置更多的弹性件. 各弹性件161的平面穿过组件的旋转中心延伸.位于弹性组件的旋 转中心的驱动轴(未显示)从可移动件163通过固定件165的开口 167延伸.
所有上面的可选结构具有的结构特征是，弹性件对扭曲运动的 抗力小于对弯曲的抗力，可响应側向的驱动力，可形成驱动轴的旋 转运动，
图4显示了本发明的可选择的应用.该应用是电剃须器80，其 也包括带有永久磁铁的可移动的端部件81,其受到标记为82的磁 性驱动器的驱动.两个倾斜的板黃84和86从可移动的端部件81 延伸，其另一端固定安装到固定的端部件88.驱动轴90从固定的 端部件88向后延伸，与板黃84， 86平行。驱动轴90通过支承件 82悬挂在可移动的端部件81，在驱动器组件82下面延伸。
多个细长的切割刀片94固定安装到驱动轴90,并从驱动轴90 径向向外延伸，切割刀片的外边是锋利的.外边与曲面的剃须器屏 面件96配合，操作中，端部件81的側向动作导致驱动轴90旋转， 并造成切割刀片84通过特定角度的旋转，使剃须器产生切割动作.
该实施例证明固定有工作件的驱动轴的位置和设置可具有相 对运动转换弹簧组件的各种结构。在所有的情况下，可移动的端部件以侧向形式受驱动，弹簧组件从可移动的端部件延伸到固定的端 部件，这样造成固定到可移动的端部件的驱动轴的旋转运动，以及 固定其上的工作件的旋转运动.
本发明不必要设置任何轴承件或柔性件，主要因为弹簧件不弯 曲，本发明使用强度高和可靠的及有效的结构.此外，该结构是共 振组件，可与器具的操作(驱动)频率配合。例如，在牙刷的实施
例中，希望的操作频率大约在261赫兹.弹簧组件可设置成以该频 率进行转动。
如上所述，图1的牙刷，包括运动转换组件，是共振系统.即， 该系统的机械件的固有谐振频率设计成与牙刷的操作或驱动频率 配合，该频率在本发明牙刷的条件下，大约为261赫兹，这样的共 振系统比非共振系统有效.
如上所讨论的，已经知道许多方法来保证弹簧系统的共振频率 与器具的操作频率配合。其中一种方法，在制作过程中对机械系统 的结构和设置非常精确地控制，无需调节地提供希望的频率配合。 制造误差必须非常严格(包括使用更精确的部件)，相当多数量的 器具常常因为不能满足所要求的严格制造误差被丢弃.
另外一种方法，采用各种方式来调节或改进弹簧结构，以产生 与器具操作频率配合的所要求频率. 一般调节过程需要4艮多时间和 经验技术，因此是不具成本效益的.这些调节可在制作过程或制作 完毕后进行，甚至可能在器具由使用者使用时进行.
以下公开了 一种使用板簧的可大量生产的共振弹簧系统的调 节方法.本发明的方法可用来增加或减少(调高或调低)弹簧组件 的共振频率，以与操作频率配合，
在这个过程的笫一步，在测试频率下测量工件的幅度，或反过 来进行。固定的幅度可用于测量各种频率，或固定的频率用来测量 各种幅度.这两种技术都可用于调整.调整弹簧组件将移动弹簧组件在操作特征曲线上的操作点，以便配合需要的搮作频率或幅度.
在操作特征曲线上的点可以通过减少弹黃组件的弹膂刚度来 减少(频率减少).或者，操作点可通过增加弹簧刚度来增加(频 率增加).尽管许多调节系统通过增加或减少弹簧系统的重量来增 加或减少系统的惯性，但这个方法常常不是非常精确，并通常要求 大量的重量减少或增加以得到希望的频率配合效果.在本方法中， 关键在于通过改变弹性组件，在本发明中是板簧，的结构来增加或 减少弹簧刚度(而不是惯性).
在减少弹簧刚度的过程中，所制造的各板簧受到切割，如图5 所示，以改变其结构，切割改变了板黃的弹簧刚度，材料可施加到 弹簧上以增加弹簧刚度.在所示实施例中，切口 IIO减少了弹簧宽 度，如图中100处所示，切口中心一般位于弹簧件106的两个端部 102， 104之间的中心，以减少疲劳应力.选择切口的深度(在弹簧 宽度上)以产生所要求的调节程度.切口的变化包括切口的总长、 结构、即切口的曲率，和切口的宽度.在所显示的特定实施例中， 切口IIO的形状是曲线.应当知道，可使用其他切口形状. 一种选 择是位于一个或两个弹性件中心的"足球形"槽.切口的变化包括槽 的位置，槽长度和/或宽度，以及槽的曲率.得到槽可通过许多种技 术，包括激光，研磨机或传统的切割工具，去除材料的方式对于本 发明不很重要.
制成切口后，进行另一种测试以确定结构的频率是否在可接受 的误差内。如果不能，可形成另外的切口使器具处于误差内.调节 本系统的结果是器具的制造误差不如从前那样严格.这将减少不合 格产品的数量.此外，可以在制造过程中快速和高效地实现调节， 其后不再要求额外的器具调节.
因此，首先公开了一种器具比如牙刷的可将側向移动转换到旋 转运动的新的运动转换组件，其使用了作为优选实施例的板簧，板簧设置成对扭曲的抗力要少于弯曲抗力，即使弹簧组件除了扭曲外 还发生一些弯曲，使设有工作件的驱动轴产生希望的旋转运动.对 弯曲的高抗力减少了对轴承的需要.进行转换的运动称作側向运 动，包括直线运动以及微小曲线运动，如本发明的实施例所介绍的. 工作件的动作是围绕设有工作件的驱动轴线旋转.其次公开了一种 在制作过程中调节弹簧组件系统的方法，可改变系统的共振频率， 使之符合希望的系统搮作频率(驱动频率).这使得严格的制造误 差不再需要。
尽管运动转换系统和调节方法的优选实施例已经出于说明的 目的进行了介绍，应当知道可对这些实施例进行各种变化、改进和 替换，只要不脱离本发明的精神，本发明的精神在所附权利要求中 限定。
权利要求
1.一种电动牙刷，包括把手部分(12)；牙刷的驱动组件(18)，位于所述把手内，所述把手具有纵轴线；和从动轴组件(26)，其包括臂部分，其上固定牙刷头(20)，所述从动轴组件对所述驱动组件所出响应，产生工作件的移动，所述驱动轴以某角度范围内的一定角度相对所述把手的纵轴线倾斜，可使所述牙刷相对所述驱动轴转动轴线的惯性矩足够大，与驱动轴的旋转轴线和把手的轴线重合的设置相比，牙刷把手部分的振动显著减少。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述角度在5 到15"的范围内.
全文摘要
一种电动牙刷，其包括把手部分(12)、牙刷的驱动组件(18)和从动轴组件(26)。其中牙刷的驱动组件(18)位于所述把手内，所述把手具有纵轴线；从动轴组件(26)包括臂部分，其上固定牙刷头(20)，所述从动轴组件对所述驱动组件所出响应，产生工作件的移动，所述驱动轴以某角度范围内的一定角度相对所述把手的纵轴线倾斜，可使所述牙刷相对所述驱动轴转动轴线的惯性矩足够大，与驱动轴的旋转轴线和把手的轴线重合的设置相比，牙刷把手部分的振动显著减少。
文档编号A61C17/00GK101297776SQ20081012854
公开日2008年11月5日 申请日期2003年4月25日 优先权日2002年5月3日
发明者A·洛伊内格, B·E·塔伯, C·D·哈内拉, D·内森, J·C·伍德, J·W·格雷滋, J·古布勒, K·A·米勒, K·萨德克, P·C·J·伦斯, P·L·W·M·巴坦, R·K·泰勒, S·E·哈里, S·雷特纳, W·布赖恩特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司