CN109890322B - 具有随机运动的刷毛的电动牙刷 - Google Patents

Abstract

电动牙刷包括从中空牙刷头部的穿孔的顶壳(130)突出的多行刷毛簇(125)。各个刷毛的端部保持在斗(420)中以形成簇(125)，并且相对于斗中的端部的刷毛端部是自由的(此处，相对端接触牙刷使用者的牙齿)。刷毛簇(125)的斗中的端部被捕获于头部内的内部空间(415)中，但不固定地附接到任何其他牙刷部件或结构。这个非固定附接特征能使刷毛簇(125)具有相对于顶壳中的穿孔的多个运动自由度(DoF)，并且可以旋转、轴向移动和倾斜。

Description

具有随机运动的刷毛的电动牙刷

技术领域

本发明涉及牙刷技术领域，具体涉及一种随机运动的刷毛的电动牙刷。

背景技术

传统的电动牙刷具有牙齿清洁元件(诸如刷毛(bristle))，其固定地附接于头部并从头部延伸，使得这些元件相对于头部的运动遵循指定路径。牙齿和牙龈天生地具有复杂的轮廓。由于牙齿清洁元件为指定路径，且相对于牙刷头部固定地附接，因此，牙齿清洁元件的取向并不灵活，因而传统的电动牙刷不能对牙齿和牙龈提供最优清洁。因此，传统的电动牙刷很难接触位于相距头部较远距离的牙齿的区域(包括牙齿之间的牙间(interproximal)空间)。

发明内容

电动牙刷包括从中空牙刷头部的穿孔顶壳突出的多行刷毛簇(bristle tuft)。各个刷毛的端部保持在斗(bucket，桶)中以形成簇，并且与在斗中的端部相对的刷毛端是自由地(其中自由地相对端与牙刷使用者的牙齿接触)。刷毛簇的在斗中的端部被捕获(capture)于头部的内部空间内，但不固定地附接到任何其他的牙刷部件或结构。这个非固定附接结构能使刷毛簇具有相对于顶壳中的穿孔的多个运动自由度(DoF)，并且可以旋转、轴向移动和倾斜。

斗的外底表面的侧表面被构造成与可移动板中的斗凹槽接口接合(interface)，在由驱动机构驱动时，可移动板倾斜并绕固定枢轴旋转。斗的顶圆周边缘(即，斗的“边(rim)”)被构造为与顶壳的内表面接合以限制刷毛簇的轴向偏移的止动件。换言之，斗的直径超过顶壳中的穿孔的直径。

可移动板被可倾斜且可旋转地安装在中空牙刷头部的内侧底壳内。可移动板倾斜并在从底壳向上延伸的枢转点上旋转，以围绕其中心或在其中心与该板接口接合。可移动板的一端包括驱动轴容纳部，该驱动轴容纳部被构造成与驱动机构可移动接合。从动件可以包括凹槽，该凹槽被构造成容纳驱动杆的自由端的顶端，该驱动杆由用户可切换马达绕其纵向轴线可旋转地驱动。自由端的一部分弯曲，使得杆的顶端相对于其纵向轴线偏移。因此，在驱动该杆时，杆的顶端在正交于纵向轴线的平面中贯穿圆形路径。

当马达运转时，随着从动件跟随杆顶端的圆形路径，可移动板相对于螺柱倾斜(即，摇动)并旋转。板中的凹槽的尺寸被设计为使斗中的刷毛簇能够相对于板可滑动地自由移动。板的凹槽的数量和布置与顶壳穿孔匹配。在马达运转期间，板的倾斜和旋转使得凹槽和穿孔的中心循环地倾斜地且不倾斜地对准。因此，在操作电动牙刷时，刷毛簇的自由端以不同方向倾斜并相对于上壳的外表面上下移动。

可移动板和牙刷头部中的内部空间被构造成使得斗中的刷毛簇具有用于与板运动相独立的运动的空间。斗中的刷毛在内部空间中自由移动，该内部空间的尺寸超过可移动板的总偏移。由于在斗中的刷毛没有固定地附接到可移动板，因此，刷毛运动在操作电动牙刷时可以至少部分独立于板。这个部分独立在牙刷操作期间引起刷毛簇中的一个或多个的随机运动。

在一个说明性实施例中，采用适合且相对高的频率驱动可移动板，以使该板振动(vibratory)运动。可移动板在以这种方式操作时与斗碰撞，以沿力实施的方向给予使斗加速的强力。可移动板的倾斜和旋转运动使得板的平面不总是平行于斗的底部的平面。因此，可移动板与斗之间的接触点可以变化。这个变化通过自身或与其他因素的组合(例如，由于与使用者的牙齿相互作用导致的刷毛运动)可以引起在牙刷操作期间刷毛的随机运动周期。

通过提供具有以随机运动驱动的刷毛簇的电动牙刷实现了显著的优势。特别地，某些实施例提升了牙齿和牙龈的清洁，并改善位于与牙刷头部相距一段距离的牙齿的区域(包括牙齿之间的牙间空间)的接近和接触。从某些实施例的以下距离公开将进一步理解这里公开的这些和附加特征和优势。

提供这部分发明内容是为了以简单的形式介绍以下具体实施方式能够进一步描述的一些概念。这部分发明内容不旨在确定所声明的主题的关键特征或主要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。而且，所声明的主题并不局限于解决本公开任一部分所述的任意缺点或所有缺点的实施方式。通过阅读以下具体实施方式和相关附图的回顾，这些和各种其他特征将是显而易见的。

附图说明

图1以部分剖视图示出根据本发明原理的具有随机运动的刷毛的电动牙刷的说明性示例；

图2A、图2B、图2C和图2D顺序地示出旋转一圈的驱动轴；

图3示出由驱动轴的远偏移端所贯穿的路径；

图4、图5、图6和图7以剖视图示出沿图1的A-A截取的说明性的电动牙刷；

图8、图9和图10以剖视图示出沿图1的B-B截取的说明性的电动牙刷；以及

图11A、图11B、图11C和图11D示出具有用于斗中的刷毛簇的凹槽的可移动板，当可移动板被联接的驱动组件驱动时，所述斗中的刷毛簇用于各种取向(包括倾斜和旋转的组合)。

本发明可以采用各种组件和组件的布置，以及采用各种程序和程序的设置。附图仅用于说明优选实施例，这些附图并不是按比例的，且不被解释为限制本发明。

具体实施方式

参考附图，在图1中，本发明的电动牙刷100包括牙刷的近端的手柄105、牙刷的远端的头部110、在手柄与头部之间延伸的颈部115、从手柄延伸到头部的可旋转驱动轴120、以及穿过头部的壳130中的穿孔延伸的多个刷毛簇(代表性地由附图标记125表示)，其中每个簇包括多个刷毛。手柄用于提供隔室，以保持电动马达135，电动马达135从诸如电池140和145的动力源容纳电力。在典型的实施方式中，电池被构造成可由电池充电器(未示出)充电，该电池充电器可以耦接到诸如壁式插头的家用电源电路。在替代性实施方式中，可以使用与家用电源供应器直接互相接合的内部电源供应器(未示出)，以补充或替代电池。图1中示出了两个电池，但可以使用更少或更多的电池，并且牙刷还可以适于运用不可充电或一次性电池。

马达135可以被构造成以固定速度或多个不同速度操作，这些速度可以由牙刷使用者例如通过开关(未示出)来选择。驱动轴120具有纵向轴线150，其通常平行于牙刷100的纵向轴线，在这个说明性示例中，手柄105和颈部115共享共同的纵向轴线。头部110具有纵向轴线155，在一些实施例中，纵向轴线155也可以共享该共同的轴线。驱动轴可以由手柄、颈部和/或头部中的支撑件或轴承(未示出)来支撑。

刷毛簇125被布置成经过头部110中的圆形穿孔延伸，然而，其他穿孔形状也可以被构想为属于本发明的范围内的。刷毛簇(如这个说明性示例中所示)被布置成六个一组的两行刷毛簇。然而，这仅是说明性的，还可以运用其他行数的刷毛簇，并且这些行可以是交错的、非交错的或者以上述组合的方式布置的。

图2A、图2B、图2C和图2D顺序地示出在由马达135(马达、动力源和驱动轴在这里共同称为“驱动组件”，由附图标记210表示)驱动时旋转一圈的驱动轴120。驱动轴的近端耦接于马达，且远端具有相对于驱动轴的纵向轴线150的偏移部分205。因此，如图3所示，驱动轴的远端在由马达驱动时贯穿一正交于纵向轴线150的平面中的圆形路径305(注意：图3所示的驱动轴的旋转方向是随机的)。

图4和图5以剖视图示出沿图1中A-A截取的说明性的电动牙刷100。牙刷的头部110包括具有穿孔410的顶壳405和相对的未穿孔的底壳406(注意：为了容易描述，诸如“顶”、“底”、“左”、“右”、“前”、“后”、“上”和“下”等主要用于确认这里所示和所述的说明性示例中的相对取向)。顶壳和底壳包围一位于头部内的内部空间415。在这个说明性示例中，顶壳和底壳被构造成具有限定各自的平行平面的平坦平面，然而，其他构造可以被选择以满足特定牙刷实施方式的需求。

刷毛簇125聚集在一起并固定地附接到各自的斗(bucket)420，这些斗周向地包围簇的近端并具有刚性的底表面。刷毛簇从斗的相对于底表面的开口向上延伸，使得它们的远端贯穿顶壳405中的穿孔。刷毛簇的远端是本发明中的乳牙和牙龈清洁元件。

斗420非固定地位于可移动板430中的各自的斗容纳凹槽425内，可移动板430可倾斜地并可移动地结合于枢轴435，该枢轴435从底壳406的内表面向上延伸到头部110的内部空间415。枢轴与可移动板中相应的枢轴容纳部440接口接合。枢轴容纳部可以包括凹槽(如附图中说明性地示出)，然而，使可移动板能够相对于枢轴倾斜或摇动并旋转的通孔或其他适合于枢轴接口接合的也是可以使用的。例如，枢轴和容纳接口可以包括球窝关节、多轴线铰链以及允许以多个自由度相对于其相对运动的其他传统机构。

如图5所示，斗中的刷毛簇被捕获于牙刷头部110的内部空间415内，但并不另外的固定地附接到可移动板430或电动牙刷100的任何其他结构或部件(图1)。虽然斗420的外底表面和侧表面被构造成与可移动板中的斗容纳凹槽425接口接合，但斗的顶圆周边缘(即，斗的“边”)被构造为与顶壳405的内表面接合的止动件，以限制刷毛簇的轴向偏移。因此，斗的直径超过顶壳405中的穿孔的直径。此外，凹槽被构造成提供适合将尺寸设计为使斗能够相对于凹槽自由移动(包括倾斜、滑动和旋转)的间隙。在所示的说明性实施例中，斗的底表面和相对的凹槽的顶表面都是平坦的。在替代性实施例中，诸如楔形和其他形状的特征可以被用于相对的表面上，以在电动牙刷操作期间随着斗与凹槽接口接合，向斗给予加强的旋转。

图6和图7示出操作电动牙刷，以及响应于从驱动组件210(图2)的驱动轴旋转，可移动板430相对于枢轴435倾斜并旋转时刷毛簇125的说明性运动。随着驱动轴的每一圈(未示出)，可移动板向左倾斜(图6)和向右倾斜(图7)。可移动板还随着每个驱动轴循环首尾倾斜，并旋转和反向旋转。在其余附图中示出并在所附文字中描述了附加运动。内部空间415被构造成大于可移动板的最大偏移。换言之，在可移动板(处于其最大偏移)与顶壳405内表面之间存在一Z尺寸(如所示)，以允许斗420在可动板提供的范围之外，进行额外的向上运动，如图7所示。因此，斗中的刷毛簇可以部分独立于可移动板地移动，这可引起牙刷操作期间的随机刷毛簇运动。

在操作电动牙刷时，斗420与可移动板碰撞，这导致刷毛簇125相对于顶壳405中的穿孔410可滑动地移动。如图所示，该运动可包括沿刷毛簇的纵向轴线的轴向运动。此外，可移动板的倾斜导致圆筒状的斗容纳凹槽425和圆筒状的穿孔的中心轴线倾斜地对准。这可导致刷毛簇相对于顶壳以倾斜取向延伸。

如上所述，斗在牙刷头部110的内部空间415的范围内具有运动自由度。虽然与可移动板的碰撞可向斗中的刷毛簇给予向上的力，但牙刷本身不提供任何机构来提供使向外运动反向的恢复力。然而，刷毛簇的远端与使用者的牙齿和牙龈之间的接触趋向于向下推动刷毛簇，使得斗420与可移动板重新接合。当使用者用本发明的电动牙刷刷牙时，可以预期向上突出和向下重新接合的周期是非周期性的和不规则的。

例如，给出的刷毛簇可以在其运动范围内的任一给定点处重新接合。例如，在一个示例中，斗可以随着向下倾斜而与可移动板重新接合。在其他示例中，可移动板可以向上移动、旋转、或反向移动。因此，刷毛簇具有含多个自由度的随机的整体运动。在一些实施方式中，碰撞的随机性可以随着驱动轴的旋转速度的增加而增加。例如，当以相对高的速度操作牙刷时，可移动板表现为振动运动并与斗碰撞，从而给予强力。由于可移动板的平面不总是平行于斗的底表面的平面，可移动板与斗之间的接触点将变化，因此，这可进一步增加刷毛簇运动的随机性。

图8、图9和图10以剖视图示出沿图1中B-B截取的说明性电动牙刷100。在这个说明性示例中，可移动板430布置有长和短的轴线，其中长轴线平行于驱动轴205的纵向轴线。可移动板的驱动轴容纳部805沿长轴线居中地位于可移动板的近端处。在替代性实施方式中，驱动轴容纳部可以从可移动板的中心偏移。接合部件810(诸如导件、轴承或销)位于驱动轴205的偏移的远端处。接合部件与可移动板的驱动轴容纳部接口接合，使得板的端部贯穿(traverse)圆形路径305(图3)，而板的中心倾斜且绕固定的枢轴435旋转。

图8示出驱动轴205，该驱动轴的取向为其偏移部分和非偏移部分共同限定平行于顶壳405和底壳406的平面。图9示出图8所示的从驱动轴位置旋转90度的驱动轴。图10示出图9所示的从驱动轴位置旋转180度的驱动轴。随着驱动轴在牙刷操作期间旋转，可移动板430首尾倾斜，如图9和图10所示。应该理解的是，驱动轴旋转导致可移动板的周期运动，从而使图6和图7所示的向左倾斜和向右倾斜在图9和图10所示的向前倾斜和向后倾斜上叠加。除了倾斜之外，可移动板绕枢轴435的周期旋转和反向旋转运动也随着牙刷操作期间的驱动轴旋转而发生。

图11A、图11B、图11C和图11D示出可移动板430的运动范围。这些附图中，为了清楚，在阐述可移动板的纵向轴线1105与固定中心枢转点和驱动轴的纵向轴线150之间关系时，以简化的形式表示可移动板430。轴线150在每个附图中具有相同的取向，顺序地说明可移动板在沿偏移的驱动轴部分的圆形路径305的四个基点处的位置。图11A和图11D分别示出可移动板的最大首端倾斜和最大尾端倾斜。图11B和图11C分别示出没有倾斜(即，平行于顶壳和底壳)以及绕枢转点进行最大旋转和反向旋转的可移动板。应该理解的是，可移动板的侧对侧(side to side)倾斜发生在驱动轴的偏移部分在基点之间旋转时。

已经用试图描述某些运动的某些词和短语描述了所述实施例。运动可以是恒定的也可以是振动的。恒定运动的一个示例是简单旋转，其中元件在单个方向上成角度地移动(例如，仅顺时针旋转或顺时针旋转成锥形包络的刷毛)或在单个方向上平移。振动是具有重复循环的任何周期性运动。振动运动可以具有一个或多个频率和振幅。基本上呈线性的振动运动在这里称为往复运动。往复运动可以在多个方向上发生，例如基本上水平、基本上竖直(即，提升或脉动运动)，以及它们的组合。基本本质上旋转的振动运动在这里称为振荡或枢转运动。

由于大多数运动本质上可能是复杂的(即，包括其他类型的运动的元素)，因此，除了属于所述的基本或主运动之外，除非另有说明(例如，仅往复)，否则本文中的上述术语的使用可包括其他运动。所以，例如，这里描述为往复的运动也可以包括其他振动或恒定运动，即使主运动本质上是往复的。

已经参考特定实施例描述了本发明。电动牙刷技术领域的技术人员将在阅读和理解本说明书的基础上进行修改和变型。例如，虽然已经描述了某些元件为包括在轴中的弯曲并且已经描述了其他凸轮为包括固定到轴的适当形状的珠粒，但是凸轮不限于所建议的形式。实际上，弯曲可以替代珠粒(bead)并且珠粒可以替代弯曲。在示出具有一个偏心或弯曲形状的凸轮或凸轮部的情况下，可以包括多个偏心、偏移或弯曲形状。每个增加的偏心、偏移或弯曲形状都会增加相关刷毛斗振动、脉冲、枢轴、旋转、摇摆、摆动、往复或平移的频率。另外，在包括多个偏心或偏移的情况下，它们可以具有变化的幅度，从而提供变化的刷毛簇移动幅度。这旨在包括所有这些修改和变型，只要它们落入所附权利要求或其等同物的范围内。

以上描述的主题仅以说明的方式提供，而不应被解释为限制。可以对本文描述的主题进行各种修改和变型，而不遵循所示出和描述的示例实施例和应用，并且不脱离在所附权利要求中阐述的本发明的真实精神和范围。

Claims (20)

1.电动牙刷，包括：

手柄，具有颈部；

头部，安装至所述颈部并具有包围头部内的内部空间的穿孔的壳和相对的未穿孔的壳；

多个可移动刷毛簇，具有经过所述壳中的穿孔向外延伸的远端和固定附接到多个斗的各个斗的远端，所述斗被捕获于所述内部空间内；

可移动板，设置在所述内部空间中，所述内部空间包括用于非固定地容纳所述斗的凹槽，所述可移动板能旋转地且能倾斜地设置在枢轴上，所述枢轴从未穿孔的壳的内表面延伸到所述内部空间中；以及

驱动组件，能操作地连接到所述可移动板，其中，所述驱动组件在所述电动牙刷的操作期间相对于所述枢轴倾斜并旋转所述可移动板，

其中，所述内部空间和所述凹槽被构造成使得所述斗中的刷毛簇能在所述内部空间内移动，

其中，每个斗包括能与所述穿孔的壳接合的边，以停止斗超出所述内部空间的运动。

2.根据权利要求1所述的电动牙刷，其中，所述驱动组件包括：马达，联接到动力源；以及可旋转的驱动轴，具有近端和远端，所述近端联接到所述马达，所述远端具有相对于所述驱动轴的纵向轴线的偏移部分。

3.根据权利要求2所述的电动牙刷，其中，所述可移动板包括驱动轴容纳部，所述驱动轴容纳部被构造成容纳所述驱动轴的远端的偏移部分。

4.根据权利要求3所述的电动牙刷，其中，在所述电动牙刷的操作期间，所述驱动轴的远端的偏移部分贯穿一平面中圆形路径，所述平面正交于所述驱动轴的纵向轴。

5.根据权利要求4所述的电动牙刷，其中，在所述电动牙刷的操作期间，所述可移动板的驱动轴容纳部自与所述驱动轴的远端的偏移部分的接合的状态开始贯穿所述圆形路径。

6.根据权利要求5所述的电动牙刷，其中，所述可移动板具有长轴线和短轴线，并且所述可移动板的驱动轴容纳部沿所述可移动板的长轴线居中。

7.根据权利要求6所述的电动牙刷，其中，所述枢轴与所述可移动板中的枢轴容纳孔接合，所述枢轴容纳孔位于所述可移动板的长轴线与短轴线之间的交叉处。

8.根据权利要求1所述的电动牙刷，其中，牙刷操作期间的所述可移动板的倾斜和旋转导致所述可移动板中的凹槽的中心和所述穿孔的中心循环地倾斜地和不倾斜地对准。

9.根据权利要求1所述的电动牙刷，其中，所述斗中的刷毛簇相对于所述可移动板中的凹槽能滑动地移动，并且独立于所述可移动板的运动移动，以及其中，在电动牙刷操作期间，所述可移动板与所述斗碰撞，从而向所述刷毛簇给予随机运动。

10.根据权利要求9所述的电动牙刷，其中，所述斗中的刷毛簇相对于所述可移动板中的凹槽能旋转地移动。

11.根据权利要求9所述的电动牙刷，其中，所述斗和所述可移动板中的凹槽是圆筒状的，所述斗和所述凹槽的直径的尺寸分别设计为提供所述斗与所述凹槽之间的间隙，使得所述圆筒和所述凹槽各自的轴线在所述电动牙刷的操作期间具有循环的平行对准和非平行对准。

12.根据权利要求11所述的电动牙刷，其中，所述循环对准是非周期性的。

13.根据权利要求11所述的电动牙刷，其中，所循环对准是随机的。

14.根据权利要求9所述的电动牙刷，其中，在所述电动牙刷的操作期间，所述斗的底表面的平面随机地具有与所述可移动板中的凹槽的表面的平面对准的共面对准和非共面对准，所述凹槽的表面的平面与所述斗的底表面相对。

15.根据权利要求9所述的电动牙刷，其中，在所述电动牙刷的操作期间，所述斗的底表面与所述可移动板中的凹槽的各个表面之间的接触点随着所述可移动板和所述斗碰撞而变化，其中所述凹槽的各个表面与所述斗的底表面相对。

16.根据权利要求15所述的电动牙刷，其中，所述变化是随机的。

17.根据权利要求1所述的电动牙刷，其中，其中所述斗中的刷毛在所述内部空间内能移动的尺寸超过所述可移动板的最大偏移，所述尺寸正交于所述头部的纵向轴线且沿所述穿孔的方向。

18.根据权利要求1所述的电动牙刷，其中，所述驱动轴的操作导致所述可移动板的振动运动，使得上述可移动板与所述斗碰撞，从而向所述刷毛簇给予随机运动。

19.根据权利要求18所述的电动牙刷，其中，所述随机运动包括所述刷毛簇的轴向运动、旋转运动、或侧向运动中的一个或多个。

20.根据权利要求1所述的电动牙刷，还包括能操作地联接到马达的动力源，或者能操作地联接到所述马达的电源供应器。

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