CN101352374A - 电动牙刷 - Google Patents

Abstract

一种电动牙刷，包括：驱动源；具有刷子的振动部件；将该驱动源的输出转换成该振动部件振动的运动传动机构；和控制该驱动源的该输出的控制单元，其中该振动部件具有在该刷子谐振的第一方向的第一谐振点，和在该刷子谐振的第二方向的第二谐振点；和该控制单元具有控制该驱动源的该输出以致在该第一方向产生谐振的第一操作模式，和控制该驱动源的该输出以致在该第二方向产生谐振的第二操作模式。

Description

电动牙刷

技术领域

本发明涉及一种电动牙刷。

背景技术

熟知一种类型的电动牙刷，用于通过将高速振动的刷子抵靠在牙齿表面上刷牙(去除牙斑)。这种类型的电动牙刷中，提出了各种驱动机构和驱动方法，用于提高牙斑去除力和提高医疗处理的感觉。

日本专利公开文献(公开)No.6-510675(WO92/16160)公开了在基本上等于磁力驱动的电动牙刷的谐振频率的频率下左右振动设有刷子的杠杆臂的结构。日本专利公开文献(公开)No.2007-514397(WO2005/058188)公开了通过改变驱动频率而在5-30％范围内周期改变刷子头部的振幅的结构，该驱动频率位于与牙刷的谐振频率偏离约0-5Hz的频率的中心。此外，日本专利公开文献(JP-A)No.7-116027(USP5493747)公开了通过基于刷牙压力的检测结果而改变电机的转速控制刷子的频率的结构。

发明内容

本发明的目的是提供用于进一步提高电动牙刷牙斑去除力和医疗处理感觉的技术。

此外，本发明进一步的目的是提供用于进一步提高电动牙刷牙斑去除力和医疗处理感觉而不会导致在结构上复杂化、增加成本和耗电增加的技术。

为了达到上述目的，本发明采用下述结构。

根据本发明，提供的电动牙刷包括：驱动源；具有刷子的振动部件；将驱动源的输出转换成该振动部件的振动的运动传动机构；和控制该驱动源的该输出的控制单元。该振动部件具有该刷子在第一方向上谐振的第一谐振点，和该刷子在第二方向上谐振的第二谐振点；并且该控制单元具有控制该驱动源的该输出以致产生在该第一方向上的谐振的第一操作模式，和控制该驱动源的该输出以致产生在该第二方向上的谐振的第二操作模式。

在该第一操作模式，该控制单元控制该驱动源的该输出以致该振动部件的频率是该第一振动点或在该第一振动点附近。类似的，在该第二操作模式，该控制单元控制该驱动源的该输出以致该振动部件的该频率是该第二振动点或在该第二振动点附近。

在如上述提到的第一和第二操作模式的利用谐振的操作模式(下文中称作“谐振操作模式”)，该刷子的振幅比不利用谐振的操作模式(下文称作“普通操作模式”)的刷子的振幅大，并且因此，可以获得牙斑去除力和医疗处理的感觉的改善。另外，可以使用在谐振方向上不同的多个谐振操作模式，并且因此，例如，假如刷牙的方法(刷牙的方向)响应医疗处理部分而转换，更高的牙斑去除效果可以获得。

此外，在本发明中，通过仅对该驱动源的输出控制可以实现多个谐振操作模式，并且因此，在驱动系统和传动系统中不需要专门的机构和部件。因此，不会导致电动牙刷的结构复杂化也不会导致该电动牙刷的成本增加。此外，由于利用谐振现象，并且因此，在同该普通操作模式消耗的电力相同的情况下，能够实现振幅的提高(牙斑去除力的改善)，因此它变得高效。

在这种情况下，该控制单元可以重复该第一操作模式和该第二操作模式。刷动的方向自动转换，并且因此，同在单一方向上刷动比较，可以获得更好的去除牙斑的效果。

优选方式是，该第一方向是平行于刷面的方向；和该第二方向是垂直于刷面的方向，在这种情况下，该“刷面”表示假想的平面，该假想的平面与刷子纤维相交并且位于该纤维末端部分。在该第一方向上的谐振中，该刷子的刷毛末端在平行于处理部分的方向上摆动，并且因此，可以获得刷牙周袋高效果。在该第二方向上的谐振中，该刷子的刷毛末端在垂直于处理部分的方向摆动，并且因此，可以获得刷相邻两个牙之间的孔、牙周袋和牙齿表面的高效果。

优选方式是，该第一谐振点是由该运动传动机构决定的特性；以及该第二谐振点是由该刷子决定的特性。

优选方式是，该控制单元检测作用在该刷子上的负载，并且响应于该检测的负载调整该驱动源的输出。原因是该振动部件的振动特性依赖于作用在该刷子上的该负载改变。

优选方式是，该运动传动机构被封装在该振动部件中，以及该振动部件通过弹性部件安装到电动牙刷主体。根据该结构，由于该运动传动机构封装在该振动部件中，刷子附近有效地振动。另一方面，该振动部件的振动通过该弹性部件的介入而难于传递到该电动牙刷主体，因此，可改善可用性。

优选方式是，该驱动源是电机；该运动传动机构是连接于该电机的旋转轴的偏心轴；和该振动部件包括具有该偏心轴的轴承的杆。在这样的驱动原理的该电动牙刷中，该振动部件(刷子)在垂直于该旋转轴的平面进行二维振动。然后，在该振动平面中的基本上相交的两个方向上分别出现谐振。该两个方向作为上文描述的该第一和该第二方向使用。

此外，本发明可以通过上述各个方式和处理得尽可能多的相互结合而配置。

本发明可以进一步提高该电动牙刷的牙斑去除力和医疗处理感觉。此外，本发明不会导致在结构上复杂化、增加成本和耗电增加。

附图说明

图1是电动牙刷的外观的立体视图；

图2是该电动牙刷内部构造的剖视图；

图3是第一实施例的方框图；

图4是典型地示出该牙刷振动的视图；

图5是在100g负载的情况下谐振点曲线图；

图6A-6C是在各操作模式下PWM信号的波形图；

图7是在250g负载的情况下谐振点曲线图；和

图8是第二实施例的方框图。

具体实施方式

参考附图本发明的优选实施例将实例性地详细描述。

(第一实施例)

<电动牙刷的构造>

参考附图1-3，将描述电动牙刷的构造。图1是电动牙刷的外观的立体视图；图2是该电动牙刷内部构造的剖视图；图3是方框图。

该电动牙刷包括电动牙刷主体1(在下文中仅称作“主体1”)，该主体1装有用作驱动源的电机10，和具有刷子210的振动部件2。该主体1是基本上圆筒形的，兼作使用者的手在刷牙期间抓握的手柄部分。

该主体1设有用于执行电源的ON/OFF控制和操作模式转换的切换开关S。此外，用为驱动源的电机10，用于控制该电机10的转速的驱动电路12，作为2.4V电源的可充电的电池13，充电线圈14，等设置在该主体1内部。在可充电电池13充电的情况下，可通过仅安装该主体1到充电器(在附图中没有示出)上由于电磁感应以不接触的方式充电。如图3所示，该驱动电路12具有中央处理器(CPU)120、存储程序和不同设定值的存储器121、计时器122和类似物。

该振动部件2包括固定在该主体1侧的杆部分20、和连接于该杆部分20的刷子部21。刷子210植入刷子部21的头部。由于该刷子部21是消耗部件，该刷子部21设置成可从该杆部分20拆卸和可连接到该杆部分20以致可更换新的刷子部。

该杆部分20包括都是由树脂材料制成的杆200和固定器201；和由弹性体制成的弹性部件202。该弹性部件202优选通过夹物模压整体形成到该杆200和该固定器201。该弹性部件202介于该杆200和该固定器201之间，并且设置有多个(例如三个)从设置在该固定器201中的多个通孔分别突出的突出部分202A。该杆部分20通过该弹性部件202的三个突出部分202A对于该主体1的外壳的三个点接触定位。如此，这个实施例的该振动部件2通过该弹性部件202安装到该主体1上。

该杆200是筒状部件，它的末端(刷子侧末端)是封闭的，并且在该筒状部件的内部在该末端具有轴承203。连接于该电机10的旋转轴11的偏心轴30的末端插入到该杆200的该轴承203。该偏心轴30在该轴承203的附近具有重物300，并且该偏心轴30的重心不与其旋转中心共线。另外，在该偏心轴30的该末端与该轴承203之间设置微小间隙。

<电动牙刷的基本操作>

将描述该电动牙刷的基本操作。

当电源处于ON状态，该CPU120提供脉冲宽度调制信号(PWM信号)到该电机10，并且该电机10的该旋转轴11旋转。通过该旋转轴11的旋转，该偏心轴30也旋转，然而，由于重心的偏移该偏心轴30执行的运动仿佛是绕着该旋转中心的旋涡。因此，该偏心轴30的该末端重复地碰撞该轴承203的内壁，并且该杆200和连接于该杆200的该刷子部21高速振动。换句话说，该偏心轴30具有运动传动机构(运动转换机构)的作用，该运动传动机构将该电机10的输出(旋转)转换成该振动部件2的振动。通过用手握该主体1并且通过将高速振动的刷子210抵靠牙齿，牙斑被除去。此外，该CPU120通过使用该计时器122监控连续操作的时间，并且该牙刷的振动在预定时间(例如，2分钟)过去之后自动停止。

在根据本发明的该电动牙刷中，作为运动传动机构的该偏心轴30装入在该振动部件2中以及尤其是，该重物300设置在该刷子210附近。从而，该刷子210的部分能够高效振动。另一方面，该振动部件2(杆部分20)通过该弹性部件202安装在主体1，并且因此，该振动部件2的振动被传到该主体1变得困难。从而，在刷牙期间该主体1和手的振动可以减少并且可改善可用性。

<振动特征的描述>

在如上所述的本实施例的电动牙刷中，该刷子210的振动通过利用该偏心轴30的旋涡运动产生。在这样的驱动原理的情况下，该刷子210可以在与该电机的旋转轴垂直的平面内进行二维振动。图4典型地示出了该刷子的振动轨迹(X轴：该电机的旋转轴，Y轴：垂直于该旋转轴并且平行于该刷面的方向，和Z轴：垂直该刷面的方向)。在该图中示出的例子中，该刷子210在YZ平面内以椭圆形轨迹40振动。该“刷面”表示假想的平面，该假想的平面与刷子纤维相交并且定位于该纤维末端部分。

发明人通过在频率(电机的转速)改变的同时观察和分析该刷子的振动发现该电动牙刷具有如图5所示的振动特征。

此外，附图5示出了在Z轴方向上100g的负载施加在该刷子上的状态下频率和振幅之间的关系。横轴是频率[Hz]，纵轴是振幅[mm]，实线曲线表示在Y-轴方向(横向)的振幅，虚线曲线表示在Z-轴方向(纵向)的振幅。

从附图5中的曲线可以看出，根据本实施例的该电动牙刷具有至少两个谐振点(谐振频率)，并且在各个谐振点的谐振方向是不同的。更具体而言，在作为平行于该刷面的谐振方向的Y-轴方向的谐振在谐振点(第一谐振点：约100Hz)产生，该谐振点的频率在低侧；并且在作为垂直于该刷面的谐振方向的Z-轴方向的谐振在谐振点(第二谐振点：约200Hz)产生，该谐振点的频率在在高侧。

方向不同的多个谐振出现的原因被认为是很大程度上依赖于该电动牙刷的结构和它的驱动原理。通过反复实验同时改变该偏心轴和刷子的配置，该发明人发现该第一谐振点是主要依赖于该运动传动机构的特性以及该第二谐振点是主要依赖于该刷子的特性。换句话说，发现了在该第一谐振点的该频率和振幅能够通过改变该运动传动机构的结构或形状(简而言之，该偏心轴的重物的位置、尺寸、质量等)而被调整；以及该第二谐振点的该频率和振幅通过改变该刷子的形状和结构而调整。

<操作模式的描述>

本实施例的该电动牙刷具有多个驱动频率不同的操作模式。该操作模式通过按照顺序从该电源的OFF状态每次推动操作该开关S而转换，并且返回该OFF状态。如图3所示，对应于各个操作模式的设定值预先存储在该存储器121中。该设定值是相应于各个操作模式的驱动频率的参数，并且它们的具体的数值基于附图5示出的实验的结果确定。

当操作模式转换时，该CPU120从该存储器121中读取相应的设定值，并且该PWM信号的负载比依照该值确定。当该负载比增加时，该电机10的转速增加，结果，该刷子210的频率增加。如此，在本实施例中，该驱动电路12起到用于控制该电机10的输出(转速)和该刷子210的频率的控制单元的作用。

接下来，参考图5和图6A-6C描述各个操作模式的特征。图6A-6C示出了在每个操作模式下该PWM信号的波形的一个例子。

(1)第一谐振操作模式

第一谐振操作模式是利用该第一谐振点的操作模式。该驱动频率设置为第一谐振点(约100Hz)或第一谐振点附近。附图6A示出了该第一谐振操作模式的PWM信号(负载比：约50％)。在该第一谐振操作模式，在Y-轴方向(横向)该刷子210的振幅比普通操作模式的振幅高，以及因而，牙斑去除力和医疗感觉加强了。更具体而言，在第一谐振操作模式下，该刷子210的刷毛末端在平行于处理部分的方向上摆动，因此可以认为能够获得对刷牙周袋的高效果。

(2)第二谐振操作模式

第二谐振操作模式是利用该第二谐振点的操作模式。该驱动频率设置为第二谐振点(约200Hz)或第二谐振点附近。附图6B示出了该第二谐振操作模式的PWM信号(负载比：约80％)。在该第二谐振操作模式，在Z-轴方向(纵向)该刷子210的振幅比普通操作模式的振幅高，因而，牙斑去除力和医疗感觉加强了。更具体而言，在第二谐振操作模式下，该刷子210的刷毛的末端在垂直于处理部分的方向摆动，因此认为能够获得对刷邻近两个牙之间的孔、牙周袋和牙齿表面的高效果。

(3)普通的操作模式

该普通的操作模式是不使用谐振的操作模式。该驱动频率设置在该第一谐振点和该第二谐振点之间(例如150Hz)。此外，通过设置多步普通操作模式比如120Hz、140Hz、160Hz和180Hz它可以通过该开关S转换。此外，优选设置频率低于该第一谐振点的普通操作模式和频率高于该第二谐振点的普通操作模式。

(4)谐振转换操作模式

谐振转换操作模式是交替重复该第一谐振操作模式和该第二谐振操作模式的操作模式。更具体而言，如附图6C所示，以恒定的时间间隔(例如，约0.2秒间隔)转换两个操作模式。以这种方式，该刷子的该刷毛末端通过自动转换刷动方向以不同的角度抵靠该处理部分，并且因此，同在单一的方向刷动比较，可以获得更好的去除牙斑的效果。

如上所述，根据本实施例，牙斑去除力和医疗处理感觉得到改善。此外，由于能够使用谐振方向不同的多个谐振操作模式，例如，假如相应于该医疗处理部分转换刷动方法(刷动方向)，可以获得更高的去除牙斑的效果。此外，多个谐振操作模式通过仅仅控制该电机的转速实现，因系在驱动系统和传动机构中不需要专门的机构和部件。因此，不会导致电动牙刷的配置复杂化也不会导致该电动牙刷的成本增加。此外，由于利用谐振现象，在同该普通模式消耗的电力相同的情况下，该振幅提高了(改善了牙斑去除力)，因此它变得高效。

(第二实施例)

在上述提到的第一实施例中，在各个操作模式下使用单一设定值。然而，如图7所示，当作用于刷子上的负载改变时，该刷子的振动特性改变，并且谐振点位置改变。图7示出了在250g的负载下的振动特性，以及在大概110Hz出现第一谐振点和在大概250Hz出现第二谐振点。与100g的负载的情况(图5)比较，可以看出两个谐振点都增加了。因此，在该第二实施例，检测作用于该刷子的该负载，以及电机的转速响应于该负载的大小调整。

图8是第二实施例的电动牙刷的方框图。同第一实施例不同点是设置电流检测电路123和相应于该负载的大小存储多个设定值在存储器121中。

该电流检测电路123是检测电机10电流值的电路。刷子越用力地置于牙齿表面，作用在该刷子上的负载越大。然后，当作用在刷子上的负载增加时，电机10的负载也增加，由此流到电机10的电流值增加。因此，CPU120基于该电流检测电路123检测结果可以估计作用在该刷子210上的负载的大小。

根据该操作模式相应于负载范围70g-250g的设定值存储在该存储器121中。在本实施例中，相应于预先确定的比如70g、100g、……、和250g的负载的负载值(典型值)的设定值是准备好的。该CPU120基于作用在该刷子上的负载从该设定值中选择一个最优的，或者通过在该设定值中插值计算合适的值。此外，在该设定值可以通过该负载的大小的函数来表达的情况下，优选在该存储器中存储表达该函数的参数。

通过这样设置，该电机转速相应于该刷子上作用的该负载的大小而适当调整，并且因此，由该负载决定的该谐振点的偏移可以被补偿并且谐振现象可以正确重现。

(修改的实施例)

上述提到的实施例的设置仅仅是本发明一个特定实施例的范例。本发明的范围不限于上述提到的实施例并且在其技术构思的范围内可应用于各种变化和修改。

例如，在上面提到的实施例中，仅仅利用了该第一谐振点和该第二谐振点两个谐振点，然而，可以利用三个或更多谐振点。换句话说，假如该振动部件具有多个谐振点并且控制单元具有多个谐振控制模式，这些都是包含在本发明的技术构思内。

此外，在上述实施例的该谐振转换操作模式，该第一谐振操作模式和该第二谐振操作模式交替转换，然而，该转换模式不限于此。例如，优选的转换模式是：在该两种谐振操作模式之间插入普通操作模式以及以随机的方式转换多个操作模式。此外，转换的时间间隔可以适当改变。此外，优选提供多种谐振转换操作模式，该谐振转换操作模式的转换方式和转换间隔不同。然后，利用诸如该第一谐振操作模式和该第二谐振操作模式的仅一个谐振点的操作模式被排除，并且可以仅仅提供利用多个谐振点的诸如谐振转换模式的操作模式。

Claims (7)

1.一种电动牙刷，包括：

驱动源；

具有刷子的振动部件；

将该驱动源的输出转换成该振动部件的振动的运动传动机构；和

控制该驱动源的该输出的控制单元，

其中该振动部件具有该刷子在第一方向谐振的第一谐振点，和该刷子在第二方向谐振的第二谐振点；并且

该控制单元具有控制该驱动源的该输出以致在产生该第一方向的谐振的第一操作模式，和控制该驱动源的该输出以致产生该第二方向的谐振的第二操作模式。

2.根据权利要求1所述的电动牙刷，其中该控制单元重复该第一操作模式和该第二操作模式。

3.根据权利要求1或2所述的电动牙刷，其中该第一方向是平行于刷面的方向；和该第二方向是垂直于该刷面的方向。

4.根据权利要求1或2所述的电动牙刷，其中该第一谐振点是依赖于该运动传动机构的特性；和该第二谐振点是依赖于该刷子的特性。

5.根据权利要求1或2所述的电动牙刷，其中该控制单元检测作用在该刷子上的负载，以及响应于检测的该负载调整该驱动源的输出。

6.根据权利要求1或2所述的电动牙刷，其中该运动传动机构被装入该振动部件中；并且该振动部件通过弹性部件安装到电动牙刷主体。

7.根据权利要求1或2所述的电动牙刷，

其中该驱动源是电机；

该运动传动机构是连接到该电机的旋转轴的偏心轴；和

该振动部件包括具有该偏心轴的轴承的杆。

Images