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，这种牙刷有一根手把，手把内装着一台电动机，还有一根轴，这根轴与上述电动机连接并由它驱动，这根轴还能与一个刷子附件连接，在该刷子附件上有一个刷头，该刷头能绕一根轴线转动，使得该刷头产生振荡或连续的转动。
在国际专利申请WO94/12121A1中公开了一种电动牙刷。在这种特定的牙刷中，刷子附件中有一根能够向两个相反的方向转动的旋转的刷子轴。刷头用枢轴安装在上述刷子附件上，并且刷头的转动轴线与刷子轴的转动轴线接近于垂直。上述国际专利申请WO94/12121A1的图9中表示了一个T形接头，该T形接头中有一根纵向杆件和一根横销。上述纵向杆件装在刷子轴的一个大致上与刷子轴的轴线平行，但不与其重合的孔内。上述横销则装在刷头的一个大致上与刷头的轴线平行，但不与其重合的孔内。上述纵向杆件安装成能在孔内转动，并且能沿着刷子轴的转动轴线移动。上述横销也安装成能在孔内转动，但却不能沿着刷头的转动轴线方向在孔内移动。来回改变刷子轴绕其转动轴线的转动方向，就使得刷头也跟着来回地改变其绕转动轴线的转动方向。但是，由于横销的结构使它不能在孔内移动，所以刷头便以往复冲击的方式进行运动。这种冲击运动的方向与刷头的转动轴线平行。刷头往复转动的频率与刷头的往复冲击运动的频率相同。
刷头的往复冲击运动使得刷毛起插刺和钩挑的作用，把使用者的牙齿表面上的污垢捣松。而刷头的来回变化的旋转运动又使得刷毛能象抹布那样的工作，把牙齿表面上被捣松的污垢清除掉。这两种运动组合起来，就能够很好地清洁使用者的牙齿。
但，这种现有的设计相当复杂，需要附加考虑到那些产生刷头的冲击运动的机械零件都直接位于刷头的下面。在刷牙时，这种刷子附件的零件浸透了牙膏、唾液或水，特别是带有磨料粒子的牙膏，会使得产生机械运动的零件很快磨损。此外，只有刷头本身，而不是整个刷子附件在作往复冲击运动，这使得有些使用者觉得不太舒服。最后，这种公知的电动牙刷特定的结构设计使刷头的往复冲击运动的频率必须和刷头旋转振荡的频率一致，这样就不可能用简单的机械装置进一步增大刷头的冲击频率，以使刷毛在牙齿表面上获得更有效的钩挑的作用，而同时保持恒定的旋转振荡频率。刷头的两种运动的这种固定的同步的联系，会使刷头产生某种让使用者烦恼的振动，也使得把刷毛的自由端准确地定位在牙齿表面上变得更加困难。
因此，本发明的目的就是提供一种一开始提到的那种电动牙刷，这种牙刷进一步改进了对牙齿的清洁。
按照本发明，让连接在手把上的刷子附件作振荡式的摆动，或者冲击运动，或者基本上与上述轴线平行的类似的运动，就能基本上达到上述目的。
由于采取了上述措施，就不是一定要把用来产生摆动或冲击运动的零件放在刷子附件里面了，因为整个轴都在手把内部进行摆动、冲击或者类似的，为使刷头产生冲击运动所必须的运动。通常，手把都是密封的，以防止牙膏、水汽之类进入，这样就能防止装在手把内部的机械零件过早地磨损。而且，由于整个刷子附件都紧卡在轴上，而且/或者轴是作摆动或冲击运动的，使得大多数使用者觉得很舒服。最后，轴的摆动、冲击或者类似的运动的频率还能够自由选择，取消了摆动或冲击的频率与刷头的旋转振荡频率的固定联系。
在本发明的特别有利的第一种结构中，上述刷子附件绕一根轴线摆动或作冲击运动，或者类似的运动，上述轴线的延伸方向基本上与沿着上述轴的纵向延伸的轴线垂直。具体的说，该刷子附件能以这样的方式安装在手把上，即它能绕着上述轴线象摇杆那样的方式，或者类似的方式摆动。在本说明书中，“摆动”这个术语应理解为刷子附件和/或轴在整个长度上的运动，例如，绕一根摆动轴线的运动，而“冲击”这个术语指的是刷子附件和/或轴，或者轴端部的一段的运动。例如，当刷子附件和/或轴整体地象摇杆那样摆动时，该摇杆端点的运动，特别是对于一根长形的悬臂杆来说，可以看作是一种冲击式的运动。为了改善对牙齿的清洁，使刷毛作插刺一类的运动，就是一种主要是沿着刷毛的纵轴线方向，亦即沿刷头的纵轴线或旋转轴线方向的运动，是绝对重要的，这一运动主要是由刷子附件和/或轴的自由端的冲击运动实现的。
在本发明的另一个实施例中，已经发现，把刷子附件和/或轴围绕着作摆动运动的轴线布置在手把内特别有利。这是一种很简单的设计方案，能使刷头上的刷毛在围绕刷头的旋转轴线作旋转运动的同时，又沿着它的轴线的纵向作冲击运动。
还发现，最好把摆动或冲击运动的频率设定得高一些，例如比旋转运动的频率高一到两倍。
最好，使旋转运动的运动方向与摆动或冲击运动的运动方向基本上互相成直角。
上述摆动或冲击运动的幅度，特别是刷头的，即刷毛端头的摆动或冲击运动的幅度应在±0.02mm与±0.2mm左右的范围内，最好是±0.05mm左右。
在一个优选实施例中，上述旋转运动的频率定为60-70Hz左右，最好是65Hz左右，而摆动或冲击运动的频率定为120-210Hz左右，特别是165Hz左右。
通常，旋转运动与摆动或冲击运动的频率之间的关系是这样选择的，即，除非在许多次振荡循环之后，特别是在多于四次振荡循环之后，才会发生混合振荡的相重合。使刷头的两种运动具有不同的频率，则所得到的运动曲线便具有很不规则的斜率。这种不规则的曲线，在两种单独的运动的某一个循环次数之后再次重复。按照现有技术，冲击运动的频率是振荡的旋转运动频率的两倍，结果，上述不规则曲线的重复周期就是该振荡循环的周期。这种经常发生的不规则运动曲线以及刷头运动的不稳定倾向，使得牙刷的使用者常常不能很容易地将刷毛的自由端牢靠地压在牙齿上，或者把刷毛准确地定位在牙齿表面上。但是，如果这样选择旋转运动与摆动或冲击运动两者频率的比例，即，在删除了同样的误差之后，该分数用两个常用的大质数或者质数的除式来表示，那么刷头整个运动曲线的不规则性就很小了。遇到这种不规则性的机会越少，刷头的运动就越平稳，把刷毛的自由端准确地定位在使用者的牙齿上就容易。上述频率比例的各种质数的分数有23/9，13/5，27/10，28/11，34/13，171/65。在规定的这些条件下，上述两种频率的分数，因而也就是两种频率相互之间的关系就只能在一个窄小的范围内变化，而相重合则在各种不同的，大量的振荡或振荡循环，例如9.5，10，11，13，65，之后才发生。上述振荡循环的数量越大，刷头的最后形成的运动就越平稳，越有规则。
总之，已经发现，冲击运动和旋转运动的这种频率上的差别极大地改善了对使用者牙齿的清洁效果。这种效果的获得应该归功于以下的事实，一方面，刷头冲击运动的较高的频率强化了刷毛的插刺和钩挑运动，从而大大地加强了使污垢从使用者的牙齿表面上松脱下来的作用。另一方面，清扫运动的频率却不太高，从而避免了刷毛在牙齿表面上的清扫动作过于快速。相反，由于清扫运动的频率较低，就能够可靠地把从牙齿表面上松脱下来的污垢清除掉，并且在实际上有助于其他污垢的松脱。因此，刷头的冲击运动的较高的频率有助于污垢从使用者的牙齿表面上松脱，而刷头旋转运动的较低的频率除了能保证用清扫的方式可靠地把松脱下来的污垢清扫掉之外，还能附加地松脱更多的污垢。
在本发明的又一种有利的结构中，上述旋转运动与冲击运动的频率的比例是一个有限值，或者一个循环小数，或者一个非循环小数。这样，就有可能在这个范围内自由地选择旋转运动与冲击运动的频率比例。例如，当确定了旋转运动的频率时，只要选择适当的频率比例，就能很容易地把冲击运动的较高的频率确定为所要求的值。
本发明的又一个有利的特征是，旋转运动和冲击运动的频率是互相独立的。采用适当的结构上的手段，就能自由地把旋转运动的频率和冲击运动的频率设定在所需要的相应的值上，互相之间完全是独立的。
在本发明的又一种有利的结构中，上述刷头的旋转运动与冲击运动是由电动机产生的，而且只要使用一台电动机。上述旋转运动和相应的冲击运动的不同的频率都用这一台电动机，在一组齿轮系或者类似装置的帮助下来实现。在这种情况下，旋转运动与冲击运动的频率的比例由齿数比来确定。但，不用齿轮系也能够产生这两种频率。这可以借助于在冲击运动与低频的旋转运动之间介入一种联结装置或者类似的装置来实现。
在本发明的另一种有利的结构中，上述旋转运动由电动机来产生，而上述冲击运动则由另一个独立的驱动装置产生。因此，旋转运动和冲击运动各由互相独立的驱动装置来实现。这就使它能够很容易地把旋转运动的频率和冲击运动的频率设定在任何需要的值上，互相之间完全独立。借助于同样的措施，就能把旋转运动和冲击运动的频率比例设定在任何需要的值上。
用一台附加的电动机，或者一种电磁振荡器，或者一种压电致动器来产生上述冲击运动，是特别希望的。如旋转运动由一台电动机产生，冲击运动最好由上述第二驱动装置来产生，通常是第二台电动机。在这种情况下，为两台电动机各自采用适当的控制器，就能够互相独立地选择旋转运动的频率和冲击运动的频率。
在本发明的一种有利的结构中，当作用在刷毛上的力超过某一个值时，可以停止上述刷头的冲击运动。上面已经说过，刷头的冲击运动能使刷毛产生插刺的作用，用于使污垢从牙齿的表面上松脱下来。根据本发明，上述冲击运动的频率越高，这种插刺的作用就越强。众所周知，许多电动牙刷的使用者把刷毛端头压在牙齿表面上的力常常用得太大。虽然这样能显著加强刷毛的插刺作用，但，事实上，这种施加在牙齿表面上或者牙龈上的过大的力会造成伤害。为了避免这种伤害，一当施加在刷毛上的力超过预定的值时，上述冲击运动便立刻停止。从而安全地避免了潜在的伤害。而且，冲击运动的停止还以触觉和/或听觉的方式警告使用者，他用刷毛压在他牙齿表面上的力太大了。这是因为当刷毛以振动的方式在牙齿表面上作插刺动作时，使用者感觉到了这种运动，当这种感觉停止时，就是告诉他这种插刺动作停止了。因而，这种停止冲击运动的特征对于使用者起了特别有利的安全和警告的作用。
在本发明的又一种有利的结构中，上述冲击运动可以由使用者来停止。因此，使用者能在任何时候启动或者停止刷头的冲击运动，也就是刷毛作用在他的牙齿表面上的插刺动作。这一点，例如，当使用者只需要按摩他的牙龈时是很有用的，因为，这时候上述插刺动作会让人觉得不舒服。这种功能使得使用者能够暂时停止插刺动作。
在本发明的一种有利的结构中，上述旋转运动是绕着一根大致与刷头的刷毛平行的轴线的来回的旋转运动。已经发现，刷毛的这种清扫运动特别有利，能够非常有效地清除松脱的污垢，而且还有助于使其余的污垢从牙齿表面上松脱下来。
在本发明的又一种有利的结构中，上述刷头的冲击运动的方向大致与刷毛平行。当使用者以大致垂直的方式把刷毛压在牙齿表面上时，就能使刷毛的插刺动作也以同样的大致垂直的方式作用在牙齿上。这就使得刷毛的插刺动作特别恰当而有效。这样做还进一步加剧了污垢的松脱，从而有助于牙齿表面的清洁。
在本发明的一种有利的结构中，上述联结在手把上的轴和/或刷子附件组成一根摇臂的整体的零件，该摇臂是这样安装在手把内部的，使得该轴和/或刷子附件的摆动大致垂直于上述摇臂的轴线。当摇臂摆动时，安装在刷子附件的自由端上的刷头便作往复的冲击运动。这种摇臂的轴线大致与轴垂直的结构，使得刷头的冲击运动大致或者基本上沿着刷毛的方向。此外，适当地选择刷头与摇臂之间的距离，就能使刷头的冲击运动大致与刷毛延伸的方向平行。这样就产生了以上所述的刷毛的有效插刺动作，从而导致更好地清洁牙齿表面。因此，把轴和刷子附件设计成一根摇臂的零件，能以简单而廉价的方式，为获得所需要的刷头的冲击运动提供特别方便的途径。
在本发明的又一种有利的结构中，上述电动机与产生振动的装置连接，该装置作用在一根从摇臂向着刷子附件的相反方向突出来的悬臂上。因此，上述摇臂便振动，即，绕着它的轴线使摇臂作很快的摆动。结果，在刷子附件自由端的刷头便作很快的往复冲击运动。当使用者把刷头上的刷毛压在他的牙齿表面上时，刷头的这种冲击运动便造成上面提到的刷毛的插刺动作，这种动作使得污垢从牙齿表面上松脱。因而，摇臂以及上面提到的振动以特别简单的实施方式，有效地使刷毛产生插刺动作。
在本发明的又一种有利的结构中，上述振动是借助于一个安装在电动机轴上，并且支承在上述摇臂的悬臂上的偏心构件产生的。这个电动机轴上的偏心构件产生振动，而且，由于该偏心构件支承在上述悬臂上，所以振动便传递给摇臂。这种结构为使摇臂进行振动，从而也就是使刷毛产生插刺动作，提供了一种非常简单的方法。它只需要增加很少几个零件，而且制造这些零件的的费用非常低廉。还有，这种偏心构件的结构还能很容易地选择振动的方式和强度。
在本发明的又一种有利的结构中，上述悬臂上设有一滑动蹄片或一个辊子，上述偏心构件便支承在它上面。这样，就减少了或者完全消除了偏心构件在悬臂上的摩擦。这样，上述的振动就不会发生磨损，这一点对于每天要进行工作的构件来说特别有用。
在另一个实施例中，在电动机轴上安装一个带有滚珠轴承之类的偏心套筒那样的构件可能会很有利。这种方法能使制造偏心构件更容易，更简单。
在本发明的又一种有利的结构中，上述偏心构件做成一个轴承，特别是一个滚珠轴承的形状，这种轴承有一个安装在电动机轴上的，偏心的内座圈。上述摇臂的悬臂便支承在该滚珠轴承的外座圈上。使用这种滚珠轴承防止了电动机轴与悬臂之间的任何摩擦损失。这样产生的振动没有任何磨损。轴承内座圈的偏心程度可以很简单地用于选择振动的方式和强度。对于使摇臂振动和产生刷毛的插刺动作来说，这是一种特别坚固而且结实的装置。
也可以在悬臂上设置一个辊子，该辊子支承在上述滚珠轴承的外座圈上。这样就能进一步减少摩擦。在这种情况下，存在着滚珠轴承的外座圈具有相等的偏心的可能性。这样就产生了两个偏心运动，即滚珠轴承的内座圈和外座圈的偏心运动的叠加。采用这种方式，就有可能使摇臂的振动，也就是刷毛的插刺动作增加变化。
在本发明的一种有利的结构中，上述产生振动的构件是一个偏心的辊子，这个辊子安装在悬臂上，并且靠在电动机轴上。在这种结构中，上述偏心构件是悬臂的一部分。电动机轴并不支承任何零件。上述偏心辊子只是靠在电动机轴上，使摇臂振动，并以这样的方式使刷毛产生插刺动作。这种结构只需要很少的附加零件，能使得制造简单而廉价。电动机轴与偏心辊子之间的摩擦很小，所以这种结构极大地避免了任何磨损，适合于每天使用。
在本发明的一种有利的结构中，设置了一个弹簧构件，具体的说是一个弯曲弹簧，一个螺旋压缩弹簧等等，借助于该弹簧构件，上述悬臂紧紧地靠在电动机轴的偏心构件上，或者上述悬臂的偏心构件靠在电动机轴上。这样，这种弯曲弹簧保证了偏心构件始终靠在上述悬臂上，或者，相应地靠在电动机轴上，保证在所有时间里都进行振动。弯曲弹簧的选择决定了偏心构件靠在悬臂上或电动机轴上的压力。这使它能把制动效应，因而也就是振动系统加在电动机上的荷载减少到最小。换一种方式，也可以使用叶片弹簧或者螺旋弹簧。
在本发明的又一种有利的结构中，当使用时施加在刷头的刷毛上的力过大时，上述悬臂便离开电动机轴上的偏心构件，或者悬臂上的偏心构件便离开电动机轴。适当选择弹簧的弹力可用来选择弹簧将悬臂压靠在电动机轴的偏心构件上的压力，或者悬臂上的偏心构件压靠在电动机轴上的压力。当超过该压力值时，悬臂便离开偏心构件，或者偏心构件离开电动机轴。结果，摇臂就不再振动，刷头停止了往复冲击运动。如上所述，这就为使用者在刷毛施加在牙齿表面上的压力过大时起到了安全和报警的作用。因此，这种弹簧便以安全和有效的方式，非常简单而又廉价地提供了上述安全和报警功能。
在本发明的一种有利的结构中，上述摇臂在紧靠刷子附件的一侧有一根管子，这根管子里面装着轴，并且用一个弹性装置使它从手把延伸出来。上述管子和装在管子里面的摇臂构成了该摇臂的自由端。这个自由端从手把上伸出来。从手把上凸出来的这一部分管子能够容纳上述刷子附件。上面已经说明过，在开动后的操作状态下，上述摇臂处在振动运动中，而这种振动又产生刷头的往复冲击运动。为了防止管子从手把中凸出来，干扰这种冲击运动，管子要以弹性的方式与手把连接。这样，就能使摇臂的振动无阻碍地传递出去，同样，也能使刷头的往复冲击运动不受阻碍。这样，管子从手把上弹性地延伸出来，以简单而有效的方式使冲击运动能够正确地起作用。还有一个附加的优点是，上述弹性的连接可靠地防止了灰尘，特别是水进入电动牙刷的内部。
在本发明的另一种有利的结构中，上述电动机的轴和作为摇臂组件的一部分的轴是用四元联杆互相连接在一起的。电动机的轴是连续旋转的。借助于上述四元联杆，电动机的轴的转动转换成形成摇臂的轴的来回的转动。结果，连接在这根轴上的刷头也以正反交替的方式来回地转动。这种四元联杆以简单而廉价的方式很好地提供了上述转动方式的转换。这种四元联杆还具有这样的优点，即，上述轴的振动不影响轴的来回转动。具体的说，上述四元联杆以这样的方式补偿了轴的摆动，即，基本上消除了这种摆动，使得这种摆动不会对电动机的轴产生负面影响。这种对轴的摆动的补偿是由四元联杆的各个元件的连接点来实现的，特别是依靠了元件的互相之间的间隙。因此，由四元联杆所产生的来回的转动与振动的产生是互相独立的。
在本发明的又一种有利的结构中，设置了一个用于支承上述摇臂，安装在手把内部的框架。这样就防止了由摇臂所产生的振动直接传递给手把。这样做使得电动牙刷的使用更加舒服，因而是一个让使用者个舒服的有利的特点。这种结构还使得在生产电动牙刷时能够以简单的方式在手把外部测试上述摇臂的功能和振动动作。同时，还能在框架处在手把外部时方便地对框架和它所支承的零件进行修理和校正。这一点对于降低电动牙刷的制造和维修的费用都是十分有利的。
在本发明的又一种有利的特征中，上述电动机就安装在上述框架上。如上所述，这大大地方便了电动牙刷的制造，测试和维修，从而有利于降低制造成本。
另一个有利的特征是，上述框架以有弹性的方式装在手把内，即，框架以有弹性的方式支承在手把内部。结果，防止了摇臂所产生的振动从框架传递到手把上去，这就使得电动牙刷的运转更加平稳，进一步提高了使用者的舒适程度。
已经证明，这种结构对把轴安装在手把内，以便让它能相对于轴线摆动，并且能借助于一种平衡联结器与刷子轴连接，都是有利的。在这种结构中，只有摇臂在作摆动或者冲击运动之类的运动，而轴则绕着它的纵轴线转动。
已经证明，这种结构中的一个构件，特别是手把的管子，安装在手把内，让它相对于摆动轴线摆动是很有利的。
上述用于驱动刷头绕着旋转轴线转动的轴，可以作绕其纵轴线的振荡或连续的转动，或者，作沿着纵轴线方向的往复冲击运动。从设计的观点看，用于产生刷头的摆动或冲击运动的装置，实际上与刷头的转动方式无关。
从下面结合附图对实施例所作的更详细的描述，将使本发明的其他特点、优点和应用的可能性变得更加明白。在本文中，全部说明和描述过的特征，无论它是单独描述的还是由于某种理由而综合在一起描述的，都构成本发明的主题，而与它们在权利要求书和相关文献中的综合无关。
附图中
图1是本发明第一实施例的一把电动牙刷的示意纵向剖视图；图2是沿图1中的电动牙刷的A-A线的示意横断面图3是沿图1中的电动牙刷的B-B线的示意横断面图；图4是本发明第二实施例的一把电动牙刷的示意纵向剖视图；图5是本发明第三实施例的一把电动牙刷的示意纵向剖视图。
图1-3表示本发明的电动牙刷1的第一实施例，这种电动牙刷用于清洁使用者的牙齿，特别是用于清除牙齿表面上的污垢。
上述电动牙刷包括一根大致呈圆筒形的长手把2。一个也大致呈长圆筒形的刷子附件3可以安装在手把2上。手把2的直径是这样选择的，即，使用者能借助于手把2把电动牙刷1牢牢地握在他或她的手中。刷子附件3的直径小于手把2的直径，因而能把刷子附件3方便地伸入使用者的口腔内。
在刷子附件3的自由端上许多用于清洁使用者牙齿的刷毛4从刷头上凸出来。
手把2有一个壳体5，壳体中容纳了一个框架6。框架6呈部分长圆筒形，几乎占据壳体5，也就是手把2的整个长度。在框架6朝向刷子附件3的端部，借助于几块弹性垫7用弹性的方式把框架固定在壳体5内。上述弹性垫7用塑料或橡胶，或者类似的材料制成。
一台电动机8，一个蓄电池9和其他诸如充电线圈10之类的电器元件都安装在框架6上。这些零件通常是一个挨一个地沿着手把2的纵向布置的。在框架6上还安装了一根能够绕着轴线12摆动的摇臂11。上述摇臂11和轴线12的位置都在手把2的朝向刷子附件3的那一段上。摇臂11的一部分凸出在手把2的外面。
上述摇臂11有一根管子13，一根悬臂14，以及两根支柱15、16。摇臂11的管子13穿过手把2朝向刷子附件3的端部的孔17，从手把2中凸出来。介于管子13和手把2的壳体5之间的是一个用塑料或橡胶之类的材料制成的环形隔套18，由于有了这个隔套，从手把2中伸出来的摇臂11的管子13就获得了弹性。一个围绕着隔套18的环形夹子19把管子13固定和保持在手把2的壳体内。
至少管子13从手把2延伸出来的那一部分具有外形一致的横断面。刷子附件3就安装在管子13的这一凸出部分上。至少该刷子附件3的朝向手把2的端部的横断面上的内轮廓与管子13的外轮廓适配。上述互相配合的轮廓使得刷子附件3只能以一个特定的角度位置安装在手把2上。例如，这种轮廓可以是三角形的，星形的，等等。
当将刷子附件3安装在摇臂11的管子13上时，该刷子附件便与摇臂11成为一体了。
轴20位于摇臂11的管子13中，它的一端安装在凸出在手把2外面的管子13的自由端上，能够转动，其另一端则安装在支柱15上，也能够转动。上述轴20大致沿着手把2和刷子附件3所形成的轴线21的纵向延伸。轴20也是摇臂组件11的一个零件，它从管子13的自由端凸出来，其横断面的外轮廓与管子13相配。
上述摇臂11的轴线12与轴20的轴线21大致互相平行。
摇臂11的管子13上安装着刷子附件3。刷子附件3有一根支承管22，支承管里面装着刷子轴23，能够转动。在装上刷子附件3时，刷子轴23是与轴线21偏心的；在其朝向手把2的端部有一个凹槽24。该凹槽24的横断面的内轮廓与从管子13凸出来的轴20的外轮廓适配。上述互相配合的轮廓使得轴20只能以几种角度位置插入凹槽24中。例如，这种轮廓可以是方形的。
在上述支承管22的自由端上，因而也就是刷子附件3的自由端上装有一个容器25，该容器内装着一个刷头26，刷毛4就固定在该刷头上。刷头26呈盘形，并且安装成能绕着轴线27转动。轴线27穿过刷头26的盘的中心，而刷毛4从刷头26上伸出去，大致与轴线27平行。
刷头26的轴线27大致与轴20的轴线21垂直，也大致与摇臂11的轴线12垂直。
借助于两个伞齿轮28、29，就能把刷子轴23绕着轴线21的来回的转动转变为刷头26绕着轴线27向正反两个方向的来回的转动。
应该指出，上述把刷子轴23的来回转动转变为刷头26的来回转动也可以用其他方式来实现。例如，可以按照上面提到的国际专利申请WO94/12121A1中所描述的现有技术来实现这种转变，具体的说，如其说明书中的图1和图7所示。为此，WO94/12121A1所公开的内容是本申请的参考文献。
手把2在摇臂11与电动机8之间装有一组四元联杆30。电动机8的电动机轴31大致与轴20的轴线21平行，并且从电动机8向摇臂11的方向伸出。小齿轮32固定在电动机轴31上，能够转动，该小齿轮与大齿轮33啮合。大齿轮33能绕着大致与电动机轴31平行的轴线34转动。大齿轮33上凸出来的一段凸榫35装入安装在电动机8上的与轴线34同轴线的支柱36内。
在大齿轮33的与凸榫35相反的一侧，有一根驱动曲柄37固定在大齿轮33上，它与轴线34基本上平行，但与其隔开一个距离。驱动曲柄37借助于一个连接器38和凸榫39安装在支柱16中，也能够转动。凸榫39布置成与轴线34同轴线。
一根连接杆40安装在上述驱动曲柄37上，能够转动。从图2看得特别明显，上述连接杆40借助于一根销子41连接在驱动曲柄42上，能够来回摆动。上述驱动曲柄42在管子13和支柱15之间，以防止管子13和支柱15之间发生相对转动的方式固定在摇臂11的轴20上。
一个滚珠轴承43安装在电动机8的电动机轴31上。该滚珠轴承43有一个偏心的内座圈意44和一个偏心的外座圈45。该滚珠轴承43就是用这个偏心的内座圈44装在电动机轴31上的。因此，该偏心的内座圈44起了偏心元件的作用。上述偏心的外座圈45靠住摇臂11上的悬臂14的自由端。
从图3可以看得特别明显，在框架6上有开口46、47，弯曲弹簧48的两个自由端就支承在这两个开口中。上述弯曲弹簧48的安装位置是这样确定的，即，它压在摇臂11的悬臂14上，迫使它靠住滚珠轴承43的外座圈45。弯曲弹簧48迫使悬臂14靠在滚珠轴承43上的压力是该弯曲弹簧48的弹簧常数的函数。
当图1-3中的电动牙刷1开动时，电动机8的电动机轴31便转动。借助于四元联杆30，把连续的转动转变为轴20绕着轴线21的正反方向的来回转动。当装上刷子附件3时，这种来回的转动又借助于伞齿轮28、29传给刷头26，使它绕着轴线27作同样的来回的转动49。
上述刷头26的来回的转动49的转动角度范围，具体的说，在±15°到±40°之间。所以，整个转动角度的全程大约在30°到80°之间。最好，上述转动角度范围为±30°，全程为60°左右。但是，转动角度达到90°左右是完全可能的。
刷头26的来回转动49的频率可以在50Hz到80Hz之间。最好，该频率为63Hz左右。
如上所述，当图1-3中的电动牙刷1处于运行状态时，电动机8的电动机轴31是连续地转动的。由于滚珠轴承43具有偏心的内座圈44，所以整个滚珠轴承在作振动运动，即，偏心的内座圈44使滚珠轴承产生了振动。借助于弯曲弹簧48紧压在滚珠轴承43的外座圈45上的悬臂14把这种振动传给了摇臂11。结果，摇臂11便绕着轴线12作振动式的摆动。
上面已经说过，当装上刷子附件3时，它便成为摇臂11的一个整体的一部分。因此，刷子附件3和刷头26一起，同样也绕着轴线12作振动式的摆动。由于轴线12的方向大致与轴线27成直角，所以刷头26便沿着大致与轴线27平行的方向作往复的冲击运动50。由于刷毛4的延伸方向大致与轴线27平行，所以最后使得刷毛4沿着它的延伸方向进行一种插刺的动作。
上述刷头26的往复冲击运动50，因而也就是刷毛4的插刺动作的行程，大致可以在±0.02-±0.2mm的范围内。因此总的行程长度在0.04-0.4mm之间。最好，上述冲击运动的行程在每一个方向约为±0.05mm，而总的行程长度为0.1mm。
刷头26的往复冲击运动50的频率，因而也就是刷毛4的插刺运动的频率，大约可以在130Hz-200Hz之间。最好，该频率为164Hz左右。
因此，往复冲击运动50的频率高于，通常是大大地高于来回的转动49的频率。
上述刷头26的旋转运动49和冲击运动50都是由电动机8产生的。刷头26的往复冲击运动50的频率直接与电动机8的旋转速度相关。但是，刷头26的来回转动49的频率却决定于电动机8经过四元联杆30调整之后的转动速度。因此，上述来回转动49与往复冲击运动50之间的频率的比是一个固定值，或者是循环小数，或者是非循环小数。
当开动图1-3中的电动牙刷1来清洁使用者的牙齿时，使用者要把刷毛4压在他的牙齿表面上。结果，就有一个力作用在刷毛4上，如图1中的标号51所示。
上面已经说过，摇臂11的悬臂14借助于弯曲弹簧48紧压在滚珠轴承43的外座圈45上。同时，悬臂14在滚珠轴承43的相反的一侧还装有刷头26。现在，如果使用者对刷头26的刷毛4所施加的力51超过一定的值，结果就会使摇臂11的悬臂14克服弯曲弹簧48的作用力，脱离滚珠轴承43的外座圈45。这样，由滚珠轴承43所产生的振动就不再传递给摇臂11，因而也就不再传递给刷头26和刷毛4。因此，如果力51超过一定的值，使悬臂14脱离滚珠轴承43，就会停止刷头的往复冲击运动50，也就停止了刷毛4的插刺动作。
为弯曲弹簧48选择好适当的弹簧常数，就能预先确定使悬臂14脱离滚珠轴承43的特定的压力值51。上述弹簧常数越大，弯曲弹簧48将悬臂14压向滚珠轴承43的压力就越大，使悬臂14脱离滚珠轴承43所需要的力51也就越大。
上述力51的特定的值可在1.5-4.0牛顿的范围内。最好是在2.0牛顿的范围内。
此外，或者换一种方式，也可以另外设置一种用于使摇臂11的悬臂14脱离滚珠轴承43的外座圈45的机械装置。这种机械装置能使刷头26的往复冲击运动50停止，从而停止刷毛4的插刺动作，而与使用者将刷毛4压在牙齿表面上的力51无关。这种装置，例如，可以是一根杠杆，它可以由使用者操作，以使悬臂14脱离滚珠轴承43。这样，就让使用者能够随意地选择，使往复冲击运动进行还是停止。
图4是本发明的电动牙刷52第二实施例，它在结构和功能上与图1-3中的电动牙刷极为相似。唯一的区别是，在图4的电动牙刷中，使摇臂11产生振动的措施不是用一个具有偏心内座圈的滚珠轴承。因此，下面只描述与图1-3中的电动牙刷1中不同的零件，而同样的零件都使用同样的标号。
在图4的电动牙刷52中，上述振动是借助于一个偏心构件53来产生的，该偏心构件以一种能防止相对转动的方式固定在电动机8的电动机轴31上。上述偏心构件，例如，可以是一个轮子之类的构件，或者以偏心的方式安装，或者具有偏心的外圆周表面。摇臂11的悬臂14的自由端上设有一辊子54，该辊子安装成能绕着一根大致与电动机轴31平行的轴线55转动。辊子54靠在偏心构件53上，当电动机轴31连续转动时，该辊子便以其外圆周表面沿着该偏心构件53的外圆周表面滚动。结果，当电动牙刷52处在运行状态时，摇臂11便因偏心构件53和在它上面滚动的辊子54而产生振动。上面已经说过，这种振动传递给刷头26，使它产生往复冲击运动50。
作为辊子54的替代物，可以设置一个能沿着偏心构件53的外圆周表面滑动的滑动垫块。
另一种替代措施是使用如图1-3所示的滚珠轴承43，用图4中的辊子54与它接触，并且沿着滚珠轴承43的外座圈45的圆周表面滚动。
作为另一种替代的措施，上述滚珠轴承43的外座圈45不是象图1-3那样与内座圈同轴线，而是偏心的。实际上，当它与辊子54结合起来使用时，就会产生振动，这种振动是由内座圈44所造成的振动与偏心的外座圈45所产生的振动的复合振动。
另一个可能的替代措施是如图4所示的那样，用一个偏心轮来代替安装在悬臂14上的辊子54。这可以用把轮子安装成偏心，或者使轮子具有一个偏心的外圆周表面来实现。在这种情况下，就不需要在轮子上装备任何其他需要装在电动机8的轴31上那样的零件了。上述偏心轮直接装在电动机轴31上，并且当电动机轴31连续旋转时，它也跟着旋转。由于轮子的偏心形状，摇臂11便进行振动，然后，使刷头26产生往复冲击运动50，而刷毛4则随着作插刺动作。
图5表示本发明第三实施例的电动牙刷56，这种电动牙刷在构思和功能上与图1-3中的电动牙刷非常相似，唯一的区别是摇臂11的悬臂14的位置不同。图5中的电动牙刷的悬臂14与刷头26处在不同的两侧。因此，下面只说明与图1-3中的电动牙刷1不相同的零件。相同的零件均标以同样的标号。
在图5的电动牙刷56中，摇臂11的悬臂14的与刷头26相对的一端靠在滚珠轴承43的外座圈45上。结果，该悬臂便始终处在被弯曲弹簧48压向滚珠轴承43的状态。即使是作用在刷毛4上的力51也不能让悬臂14脱离滚珠轴承43。在这种情况下，上述弯曲弹簧48只起加压的作用。刷头26的往复冲击运动50，因而也就是刷毛4的插刺动作始终在进行，与力51的大小无关。
为了减少占据的空间，对于图5中的电动牙刷56，四元联杆30的位置必须与图1-3中的电动牙刷不同，设置在摇臂11的另一侧。
作为另一种可能的替换措施是，上述振动与随之产生的刷头的往复冲击运动50不是象图1-5中的那样由电动机8来产生，而是用一个单独的驱动装置来产生。结果，刷头26的往复冲击运动50的频率，因而也就是刷毛4的插刺动作的频率，就与刷头26的来回的转动49的频率无关。这种用于产生冲击运动50的独立的驱动装置可以是，例如，第二台电动机，或者一个电磁振荡器，或者一个压电致动器。
权利要求
1.一种电动牙刷(1)，它有一根手把(2)，手把内装着一台电动机(8)，还有一根轴(20)，这根轴与上述电动机(8)连接并由它驱动，这根轴还能与一个刷子附件(3)连接，在该刷子附件上有一个刷头(26)，该刷头能绕一根轴线(27)转动，使得该刷头(26)产生振荡或连续的转动(49)。其特征在于，上述连接在手把(2)上的刷子附件(3)作振荡式的摆动，或者冲击运动(50)，或者作基本上与上述轴线(27)平行的类似的运动。
2.如权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，上述刷子附件绕一根轴线(12)摆动或作冲击运动(50)，或者类似的运动，上述轴线(12)的延伸方向基本上与沿着轴(20)的纵向延伸的轴线(21)垂直。
3.如权利要求1或2所述的电动牙刷，其特征在于，上述轴线(12)位于上述手把(2)内。
4.如权利要求1-3中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述摆动或冲击运动(50)的频率高于上述旋转运动(49)的频率，最好是高1到2倍。
5.如权利要求1-4中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述旋转运动(49)的转动方向与摆动或冲击运动(50)的运动方向基本上互成直角。
6.如权利要求1-5中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述摆动或冲击运动(50)的幅度在±0.02-0.2mm的范围内，最好是0.05mm左右。
7.如权利要求1-6中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述旋转运动(49)的频率大约为60-70Hz，最好是65Hz左右，上述摆动或冲击运动(50)的频率大约为120-210Hz，最好是165Hz左右。
8.如权利要求1-7中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述，旋转运动(49)与摆动或冲击运动(50)的频率之间的关系选择在这样的范围内，即，在许多次振荡循环之后，特别是在多于四次振荡循环之后，才会发生混合振荡的相重合。
9.如权利要求1-8中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述旋转运动(49)与冲击运动(50)的频率之间的比例是一个恒定值，或者是一个循环小数，或者是一个非循环小数。
10.如权利要求1-9中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述旋转运动(49)与冲击运动(50)的频率之间互相没有关系。
11.如权利要求1-10中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述刷头(26)的旋转运动(49)与冲击运动(50)是直接或间接地由电动机(8)所产生的。
12.如权利要求1-10中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述旋转运动(49)是由电动机(8)产生的，而上述冲击运动(50)是由另一个独立的驱动装置产生的。
13.如权利要求1-12中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述冲击运动(50)是由一台附加的电动机，或一个电磁振荡器，或一个压电致动器产生的。
14.如权利要求1-13中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述刷头(26)的冲击运动(50)在作用在刷毛(4)上的力(51)超过一定的值时自动停止。
15.如权利要求1-14中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，它还设有能让使用者选择自己设定的力(51)的装置。
16.如权利要求1-15中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述冲击运动(50)能由使用者让它停止。
17.如权利要求1-16中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述旋转运动(49)是一种绕一根轴线(27)产生的振荡运动，该轴线的方向大致与刷头(26)的刷毛(4)平行。
18.如权利要求1-17中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述刷头(26)的冲击运动(50)的方向大致与刷毛(4)平行。
19.如权利要求1-18中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述轴(20)和/或连接在手把(2)上的刷子附件(3)成为一根摇臂(11)的整体部分，上述摇臂是这样安装在手把(2)内部的，即，它作垂直于轴线(21)的摆动，特别是作绕着轴线(12)的摆动。
20.如权利要求1-19中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述电动机(8)与产生振动或振荡的装置连接，该装置作用在摇臂(11)上与刷子附件(2)相反一端的悬臂(14)上。
21.如权利要求1-20中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1、52)，其特征在于，上述用于产生振动或振荡的装置是一个安装在电动机(8)的电动机轴(31)上，并且靠在摇臂(11)的悬臂(14)上的偏心构件(53)。
22.如权利要求1-21中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1、52)，其特征在于，上述悬臂(14)上设有一个滑动垫块或者一个辊子(54)，上述偏心构件(53)就靠在该滑动垫块或辊子上。
23.如权利要求1-22中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述偏心构件(53)是带有一个或几个凸轮的圆柱，上述悬臂(14)用一个辊子(54)或一个滑动垫块靠在上述凸轮上。
24.如权利要求1-23中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，在上述电动机轴(31)上装有一个带有滚珠轴承(43)之类的偏心套筒。
25.如权利要求1-24中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述偏心构件(53)为一种耐磨轴承，特别是一种安装在电动机轴(31)上具有偏心的内座圈(44)的滚珠轴承(43)。
26.如权利要求1-25中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，它还设有一个弹簧构件，特别是弯曲弹簧(48)，或螺旋压缩弹簧等，上述摇臂(11)的悬臂(14)便借助于该弹簧构件向上述电动机轴(31)的方向靠压，特别是靠压在电动机轴(31)上的偏心构件(53)上。
27.如权利要求1-26中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述悬臂(14)在施加在刷头(26)的刷毛(4)上的力(51)过大时，脱离电动机轴(31)上的偏心构件(53)。
28.如权利要求1-27中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述摇臂(11)上设有一个向刷子附件(3)方向延伸的管子(13)，上述轴(20)布置在该管子内，上述管子(13)借助于一个弹性装置，特别是一块弹性垫板(18)或者弹性的波纹管之类，从手把(2)中伸出来。
29.如权利要求1-28中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述电动机(8)的电动机轴(31)和作为上述摇臂组件(11)的一部分的轴(20)，借助于一组四元联杆(30)互相连接。
30.如权利要求1-29中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，它还设有一个框架(6)，该框架支承着摇臂(11)，并且它本身装在手把(2)内。
31.如权利要求1-30中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述电动机(8)安装在上述框架(6)中。
32.如权利要求1-31中任何一项权利要求所述的电动牙刷(1)，其特征在于，上述框架(6)以弹性的方式保持在上述手把(2)中。
33.如权利要求1-32中任何一项权利要求所述的电动牙刷，其特征在于，上述轴(20)安装在手把(2)内，使它不能相对于轴线(12)摆动，并且借助于一个平衡联结器把它与刷子轴(23)连接起来。
34.如权利要求1-33中任何一项权利要求所述的电动牙刷，其特征在于，一个联结构件，特别是上述手把的管子(13)，安装在手把(2)内，让它能相对于轴线(12)摆动。
35.如权利要求1-34中任何一项权利要求所述的电动牙刷，其特征在于，上述轴(20)能绕轴线(21)振荡或作连续的旋转运动，或者能沿着轴线(21)的方向作往复冲击运动。
全文摘要
本发明涉及一种电动牙刷,它有一根手把和一个刷子附件。手把内装有电动机。与电动机连接的轴从手把中伸出来。刷子附件能装在手把上。刷子附件上装有刷头,该刷头能与轴连接,并且有许多伸出来的刷毛。工作时,刷头同时作旋转运动和冲击运动,并且冲击运动的频率要高于或大大高于旋转运动的频率。冲击运动使刷毛作插刺动作,用于使污垢从牙齿表面上松脱。旋转运动用于把松脱的污垢从牙齿表面上清扫掉。
文档编号A61C17/22GK1197382SQ97190861
公开日1998年10月28日 申请日期1997年2月11日 优先权日1996年7月10日
发明者彼得·希尔芬格, 阿尔明·施瓦茨-哈特曼, 卡尔·赫尔措格 申请人:布劳恩公开股份有限公司