CN101479497B - 用于电动牙刷的节点弹簧组件 - Google Patents

Abstract

一种用于电动牙刷的节点式安装弹簧装置，包括V形扭转弹簧元件(15)，其在两端被固定从而能够沿着其轴向尺度工作于异相扭转模式。安装板(26)连接在沿着所述V形弹簧元件的节点(30)与所述牙刷的外壳之间。在一个实施例中，所述V形弹簧元件包括位于所述节点相对两侧(32，34)的两个槽，所述槽沿着轴向方向延伸，产生一体的扭杆节点弹簧，同时减少所述节点邻近的应力。在另一个实施例中，节点组件包括钻石形状或圆形的插入件(62)，所述插入件具有通常配置成与所述V形弹簧元件(63)的下表面齐平配合的上表面；V形块状或扁平垫片元件(56)，被配置成与所述V形弹簧元件的上表面及所述节点弹簧相配合以及；及附接元件，例如螺钉、螺母组合(58，59)，所述附接元件能够紧紧连接所述安装板、垫片、V形弹簧元件和插入件。

Description

用于电动牙刷的节点弹簧组件

技术领域

本申请通常涉及用于电动牙刷的传动系统组件，更具体而言涉及用于所述传动系统的一种节点弹簧装置。

背景技术

用于电动牙刷的各种传动系统装置已是众所周知的。所述牙刷的传动系统部分对包括机械作用、机电作用、磁作用或者其他动作的电动机动作进行响应，以便以往复方式驱动刷头。一种类型传动系统装置采用在两端以及节点都固定安装的弹簧，其中所述节点位于所述弹簧的两端之间，更典型的是位于中间。当传动动作在它期望的异相扭转模式中激励所述弹簧时，它通过选定角度产生期望的往复刷头动作。

在一种配置中，所述节点安装的扭转弹簧是V形的，具有通过安装板连接到外壳的节点。在这种配置中，对于所述V形扭转簧杆起到接地连接作用的所述安装板连接到手柄框架/外壳，减少了否则将传递到手柄的振动。所述起到节点弹簧作用的V形扭杆具有几个重要的功能，包括使得刷头或者其他零件返回到中心位置，以及足够清晰地将同相转动模式与所述期望的异相转动模式分隔开，以避免两种工作模式的互相干扰。这种V形弹簧装置在美国专利No.6,859,986中已有描述，其内容通过在此引入作为参考。上述专利属于本发明专利的受让人。

在上述节点弹簧结构中，实现期望的、可靠操作存在几个结构上的挑战。重要的是布置所述节点弹簧以实现所述扭转弹簧上产生期望的动态响应，以及减小所述V形弹簧和安装板之间的连接区域中的高应力和摩损的潜在可能。同样重要的是所述V形弹簧的响应沿着自身长度尽可能地为线性的，而不是非线性响应。

发明内容

因此，本发明针对一种用于在电动牙刷中使用的传动系统的弹簧组件，包括：V形扭转弹簧元件，其两端被固定以使得其能够在扭转模式中沿着所述V形弹簧元件的轴向尺度围绕节点被激励；插入元件，用于紧密地支撑所述V形弹簧元件的下表面部分；垫片元件，定位于所述V形弹簧元件与节点弹簧元件之间，所述节点弹簧元件连接到所述牙刷的外壳；以及附接元件，用于将所述节点弹簧元件、垫片、V形弹簧元件和所述插入件紧紧固定在一起。

附图说明

图1是电动牙刷的一部分的透视图，示出了具有集成节点弹簧功能的V形弹簧以及用于电动牙刷的安装板传动系统装置。

图2是更加详细地示出了图1中装置的V形弹簧部分的透视图。

图3是示出了电动牙刷中另一V形弹簧和节点弹簧装置的分解图。

图4是更加详细地示出了图3中所述实施例一种变型的截面图。

图5是详细地示出了图4所述变型中的一部分透视图。

图6A和6B示出了图4所述变型中的另一部分。

图7是示出了图3中所述实施例的另一种变型的前视图。

图8A和8B是图7A、7B中所述变型的部分的透视图。

具体实施方式

现在参看图1和2，示出了电动牙刷的节点传动系统组件部分，其包括在此公开的节点安装组件的一种实施例。以10示出的所述节点传动系统组件包括电磁电动机的前端部分14，用于驱动V形扭杆弹簧15。所述电动机的剩余部分位于所述牙刷的手柄部分(并未示出)。这种电磁电动机装置在美国专利No.5,378,153中已经公开，上述专利属于本发明专利受让人，且其内容通过在此引入作为参考。在所述传动系统组件10的另一端是牙刷刷头部分16的一部分。在一种配置中，包括所述刷头组件的整个所述传动系统组件可以作为单元从所述牙刷的刷柄部分拆卸并可替换；而在另一种配置中，刷头自身在传动系统组件10的所述远端17可从安装元件拆卸。

所述V形固体扭转元件15，也称为扭转弹簧，在所述两部分14、16之间延伸，且通过两个端部安装组件20、22固定支撑，所述端部安装组件可以具有多种配置。在一个典型实施例中，所述扭转元件15大约35mm长，包括两个相同的板状部分21、23，所述板状部分大约4.25mm宽，0.30mm厚，使用弹簧钢制成。如图1所示的组件通过位于其相对两端的隔开的轴承组件(图中未示出)而支撑到所述牙刷外壳。专利No.6,859,986中示出并描述了这种节点安装的传动系统配置的更详尽的实例。

在操作中，所述驱动电动机动作激励所述扭杆弹簧15处于异相模式，以使得所述扭转弹簧的近端半片27在一个方向的旋转致使所述远端半片29向相反方向旋转。在所示的实施例中，这种异相工作模式的频率大约为270赫兹。

在这种实施例中，安装板26通过焊接或者类似固定连接被固定连接到所述V形扭转弹簧的节点30。所述节点沿所述V形扭转弹簧的脊线31大致位于该V形元件的中点。所述安装板固定连接到所述牙刷的外壳。这种布置减少了所述手柄的振动。

在图1、2所示的实施例中，通过一对位于所述V形元件中的槽减少了典型存在于所述节点接合处的应力。在所述实施例中所示的使得所述V形扭转弹簧元件具有扭杆节点弹簧功能的所述槽32、34基本上相同，并位于所述V形杆元件的各自板状部分21、23中所述节点28相对两侧的靠近所述脊线处。所述槽32、34在所述V形元件纵向上延伸，长度大约8mm，宽度大约2.4mm。所述槽的作用在于沿着V形元件更加平均的分配应力，同时减少邻近所述节点28处的应力，以及将节点弹簧的功能集成到到扭杆15上。所述槽尽管沿着自身长度在宽度上通常是均匀的，但是也可以包括在那些点处槽宽度减小的突出(tab)部分。

图3、7说明了本发明的另一实施例。图3示出了一种节点传动系统装置40，其包括各自端部分别固定安装到端部安装组件42、44的V形杆簧元件50。端部安装组件42由电动机驱动(未示出)；从端部安装件44延伸的是用于刷头组件的安装件48。与第一个实施例一样，整个传动系统全部可以制成相对于牙刷的手柄部分是可替换的，或者所述结构可以配置成仅仅刷头组件是可替换的。

在安装在所述端部安装组件42、44中的支撑元件42a、44a之间延伸的是V形扭转元件50，其起到弹簧功能。安装到所述扭转弹簧50的中点(节点)48的是安装板形式的独立节点弹簧52，这与其中将节点弹簧的功能集成到所述V形杆元件的图1、2实施例不同。所述安装板(节点弹簧)52在其外部边缘固定地附接于所述牙刷外壳。在这种布置中，安装板52通过安装组件紧固到所述V形扭转弹簧50(V形弹簧)上，所述固定组件一般包括：与所述V形扭转弹簧50的槽状部分56相配合的基部插入元件54，定位于所述扭转弹簧50与所述节点弹簧52之间且配置为提供其间的稳定连接的垫片57，以及将整个组件牢固紧固在一起的附接元件组合58、59。

图3中所示的一般配置还具有几种不同变型。然而在所有变型中，所述组件也具有几个共有的功能。第一，为了实现期望的动态响应，所述节点弹簧(例如安装板)52的旋转轴要尽可能接近所述V形弹簧50的旋转轴。第二，所述安装组件，特别是插入元件、垫片和附接元件组合，必须以在节点连接处承受特定应力一段延长时间周期同时也减少了该点处的应力的方式，在所述V形扭转弹簧和所述节点弹簧(安装板)之间在节点处提供稳定、坚固的连接。第三，所述接合必须坚固、固定以使得所述V形扭转弹簧的异相响应尽可能地线性。

在图4、5和图6A、6B中所示的第一种变型中，所述插入元件62是钻石形状的组件。参照图4、5，肩(侧)部64是平坦的，通常配置成在所述插入件62与所述V形弹簧63之间提供了良好的延伸夹持表面。所述插入件的所述边沿64a向下圆化以避免应力集中。上表面部分66、67的弯曲使得所述插入件相对于所述V形弹簧的内表面适当配合，在所述内表面处两个板部分相交。与所述V形扭转弹簧的相应内表面区域68相比，所述插入件的上表面必须具有稍大的半径，以使得当所述固定组件夹在一起时所述扭转弹簧能够齐平放置于所述平坦的肩部64上。开口69穿过用于所述附接元件的所述插入元件62延伸。

图6A、6B示出了第一垫片元件56的第一种变型。参照图3可知，垫片元件56一般形式为V形块且配置为安装在所述V形扭转弹簧50的顶部表面上，从而为所述节点弹簧52提供稳定的夹持表面。平坦侧肩部区域70、71为所述V形弹簧50提供夹持表面，同时表面区域72、73与所述V形弹簧63的所述两板状部分之间的相应接合区域(所示折曲的上表面)配合(参见图4)。所述垫片表面70-73的外缘74、76向外侧弯曲，以避免所述应力过度集中。表面区域72、73具有比所述V形弹簧的配合表面更小的半径，以使得所述V形弹簧能够齐平接触所述垫片的所述平坦肩部表面部分70、71。为所述附接元件提供通过所述垫片的开口80。

所述V形块垫片56的相对侧包括隆起表面部分82，所述隆起表面部分提供用于将所述节点弹簧(安装板)81定位于其上的楔紧(keying)功能，同时邻近的平坦表面84在所述节点弹簧81与垫片56之间提供夹持表面。所述隆起表面82延伸至所述结点弹簧81的配合开口内。所述楔紧功能也可以通过很多不同表面配置实现，只要所述结构能够对在所述接合处的扭转负载起作用即可。

所述钻石形状插入件与V形块垫片一般得被成形为以使得所述V形弹簧以尽可能接近其中性状态的方式形变且使其应力的增加最小化，同时在所述这些组件元件之间提供了坚固的夹持表面。所述垫片使所述V形弹簧和节点弹簧对准且在所述节点弹簧和V形弹簧之间设置了缝隙以避免操作期间的摩擦运动。

利用螺钉和螺母组合58、59将整个组件(图3)夹在一起，但是应当理解，其他的机械附接方式，例如铆钉，也是可以采用的。垫片和插入元件两者的夹持表面与所述V形弹簧的接合角度配合并且齐平放置于所述V形弹簧的部分上，以避免操作期间在组件中的游隙(play)。然而，所述插入件、V形弹簧与垫片之间实际接触的面积必须足够小以便不显著影响所述V形弹簧的整体刚性，但是仍要足够大到以便提供使所述组件在所述产品的期望寿命保持正常的充分夹持的表面。

该节点组件的插入件和垫片应当包括具有低摩擦的轴承型材料，所述材料摩擦小于典型由钢制成的所述V形弹簧的材料，以便避免所述V形弹簧、插入件和垫片之间的磨损，并在所述V形弹簧中保持渐进的应力引入区域。更进一步，所述材料必须具有足够高的屈服强度，以牢固地保持所述附接元件(铆钉或螺钉)，并且在产品的整个寿命内仍能够抵抗所述接合的磨损和松动。已经表明黄铜和青铜能满足这些要求。二者同时具有良好的轴承属性和很高的屈服强度。其他材料，例如铝和锌也是可以采用的。

在产品的期望寿命期间，所述整个节点组件必须被紧密夹持以维持其间的紧密接合，而在其间没有游隙或不在其间发生运动。在所述插入元件和垫片的特定材料在V形弹簧、垫片和插入元件之间形成良好摩擦性/高耐磨性的表面的同时，所述插入件和垫片的整个几何形状使得通过产生期望紧密布置所需的大约500牛顿的加持力而产生的夹紧压力最小化。

在图7A、7B和图8A、8B中示出了第二个实施例的一种变型，其包括不同的插入件和垫片配置，该插入件和垫片配置利用不同的插入元件和垫片配置提供了用于附接和对准所述V形弹簧元件的所需夹持表面，同时也在所述V形弹簧和节点弹簧(安装板)之间提供低摩擦轴承表面。

现在参照图7，插入件98大致为圆形配置且包括相对的平坦侧肩部表面104、105，其提供了在插入件98和所述V形弹簧100之间的所需夹持表面，并且将所述插入件相对于所述V形弹簧正确定位。此外，所述平坦侧肩部表面的外部边缘106被圆化以避免应力集中。插入件98还包括起向上延伸通过所述V形弹簧中的开口的上部隆起部分108，其起到楔紧元件的作用。所述插入件的上表面部分107具有比所述V形弹簧的下表面及其接合具有稍大的半径，以便在所住组件被夹在一起时，所述V形弹簧将齐平放置于所述插入件的平坦肩部部分上。

位于所述楔紧部分108和平坦肩部表面104、105之间的中间是轴承毂(bearing boss)109，其为所述V形弹簧中的节点开口提供了轴承表面。所述轴承毂109的高度不能干扰所述组件的夹紧动作，而是被设计用于与所述V形弹簧上的开口干涉配合。

在所述轴承毂109与所述插入件的平坦肩部表面104、105之间的凹槽116允许所述V形弹簧齐平放置在那些平坦肩部部分上。所述楔紧元件108配置成提供与所述V形弹簧中的相应开口的略微干涉配合。贯通所述楔紧元件108的开口110适于容纳从中穿过的附接元件。所述插入件108的底面111在采用螺钉、螺母组件情况下为螺母提供支撑，或者为铆接连接器的形变端部提供夹持面。

扁平垫片部分118是圆形，直径大约4mm，厚度大约0.5mm，且具有与所述插入件的隆起的楔紧部分108相配合的中心开口112。如图7所示，所述扁平垫片支撑安装板121。附接元件120将所述现有组件紧紧地紧固在一起。

上述两种变型可以依次改变。例如，图8A中所述插入件的轴承毂部分能够与图4中的插入件一起使用，用以提供与所述V形弹簧中开口的干涉配合。

在进一步的变型中，图7、8A、8B的布置可以修改，以使得图8B中所述垫片能够以图6A、6B中的所述垫片替换；而且更进一步，图8A中所述插入件可以进行修改，以去掉所述轴承毂并与图6A、6B的垫片一起使用。

更进一步，图5中所述插入件能够与图8B中的垫片一起使用，在另一变型中，图5中的所述插入件能够修改成包括轴承毂部分，并且与图8B中的垫片一起使用。

因此，已经描述了一种节点弹簧装置，其中通过安装板，将V形扭转元件(弹簧)在其节点处固定到所述手柄外壳。在一种实施例中，所述安装板在所述节点处焊接到所述V形弹簧；在所述节点相对侧处定位了在V形弹簧中提供的槽。这些槽形成了扭杆节点弹簧，同时也减小围绕所述节点连接区域的应力。另一个实施例包括节点组件，该节点组件包括支撑所述V形扭转弹簧的插入件以及定位于所述V形扭转弹簧与安装板节点弹簧之间的垫片元件，该组件通过附接元件组合诸如螺钉或铆钉紧紧保持在一起。

尽管为了说明的目的，已经公开了本发明的优选实施例，但是应当理解，在不脱离由所附权利要求书限定之本发明精神的情况下，所述实施例中可以引入各种改进、变型和替换。

Claims (15)

1.一种用于在电动牙刷中使用的传动系统的弹簧装置，包括：V形弹簧元件(50)，其两端被固定以使得其能够在异相扭转模式中沿着所述V形弹簧元件的轴向尺度围绕节点被激励；插入元件(54)，用于支撑所述V形弹簧元件的下表面部分；节点弹簧元件(52)，连接到所述牙刷的外壳；垫片元件(56)，定位于所述V形弹簧元件与节点弹簧元件之间；和附接元件(58、59)，用于将所述节点弹簧元件、垫片元件、V形弹簧元件和所述插入元件紧紧固定在一起。

2.根据权利要求1所述的弹簧装置，其中所述插入元件具有上表面，所述上表面被配置成以基本阻止所述V形弹簧元件和所述插入元件之间的相对运动的方式与所述V形弹簧元件的下表面相配合。

3.根据权利要求2所述的弹簧装置，其中所述插入元件的所述上表面在其边缘是向下圆化的。

4.根据权利要求1所述的弹簧装置，其中所述插入元件与所述垫片元件包括轴承型材料，所述轴承型材料比构成所述V形弹簧元件的材料具有更低的摩擦系数，并比构成所述V形弹簧元件的材料具有更低的硬度值。

5.根据权利要求1所述的弹簧装置，其中所述插入元件具有上表面，所述上表面包括：外部相对夹持区域(64)，所述外部相对夹持区域能够与所述V形弹簧元件的下表面上的相对应表面配合；中间夹持区域(66、67)，具有比所述V形弹簧元件的相对应半径稍大的半径；和开口(69)，用于允许所述附接元件从中通过，并且其中所述垫片元件(56)具有下表面配置，所述下表面配置包括：表面部分(72、73)，其与所述V形弹簧元件的相对应部分配合；其中所述表面部分(72、73)具有比所述V形弹簧元件的相对应部分更小的半径；和开口(80)，用于允许所述附接元件从中通过，其中所述垫片元件具有适于配合和容纳所述节点弹簧元件的上部部分(82、84)，所述节点弹簧元件为安装板形式，以使得利用延伸到所述安装板的开口中的所述垫片元件的楔紧部分(82)，将所述安装板牢固定位于所述垫片元件的上表面部分。

6.根据权利要求1所述的弹簧装置，包括位于所述节点弹簧元件中用于所述附接元件的开口的相对侧并且与所述开口邻近的槽。

7.根据权利要求1所述的弹簧装置，其中所述插入元件包括与所述V形弹簧元件相对应表面部分配合的外部上表面部分(104、105)，从所述插入元件中心向上延伸的轴承毂部分(109)，和从所述轴承毂部分的上表面延伸的楔紧支撑部分(108)，所述楔紧支撑部分适于穿过所述V形弹簧元件中相应的开口来装配，并且其中所述插入元件的所述上表面包括与所述V形弹簧元件相配合且比所述V形弹簧元件的相对应部分具有更大半径的中间上部表面部分(107)，以及所述垫片元件是具有从中穿过的开口(122)的盘，所述盘被定位在所述V形弹簧元件与所述节点弹簧元件之间，在所述V形弹簧元件与所述节点弹簧元件之间提供了稳定接触，其中所述垫片元件中的所述开口容纳所述插入元件的所述楔紧支撑部分。

8.根据权利要求1所述的弹簧装置，所述插入元件具有上表面，所述上表面包括：外部相对夹持区域(64)，与所述V形弹簧元件的下表面上的相对应区域配合；中间夹持区域(66、67)，具有比所述V形弹簧元件的对应半径稍大的半径；和开口(69)，用于允许所述附接元件从中穿过，以及所述垫片元件是具有从中穿过的开口(122)的盘，所述盘被定位于所述V形弹簧元件与所述节点弹簧元件之间，在所述V形弹簧元件与节点弹簧元件之间提供了稳定的接触。

9.根据权利要求1所述的弹簧装置，其中所述插入元件包括与所述V形弹簧元件的相对应表面部分配合的外部上表面部分(104、105)，和从所述插入元件的上表面向上延伸的楔紧支撑部分(108)，所述楔紧支撑部分适于穿过所述V形弹簧元件中的对应开口来装配，其中所述插入元件的上表面包括与所述V形弹簧元件配合且比所述V形弹簧元件的相应部分具有更大半径的中间表面部分(107)，以及所述垫片元件是扁平的且具有与所述楔紧支撑部分相配合的中心开口(122)，以及所述垫片元件支撑所述安装板。

10.根据权利要求9所述的弹簧装置，其中所述插入元件包括从所述插入元件的大致中心处向上延伸的轴承毂部分(109)，以及所述楔紧支撑部分从所述轴承毂部分的上表面延伸。

11.根据权利要求5所述的弹簧装置，其中所述插入元件包括从所述插入元件上表面向上延伸的轴承毂部分(109)。

12.根据权利要求1所述的弹簧装置，其中所述插入元件具有上表面部分，所述上表面部分包括：外部相对夹持区域(64)，与所述V形弹簧元件的所述下表面的相对应表面配合；轴承毂，所述轴承毂从所述插入元件的中心向上延伸，用于啮合所述V形弹簧元件；中间夹持区域(66、67)，具有比所述V形弹簧元件的对应半径稍大的半径；和开口(69)，用于允许所述附接元件从中穿过，以及所述垫片元件为具有从中穿过的开口的盘，所述盘被定位于所述V形弹簧元件与所述节点弹簧元件之间，在所述V形弹簧元件与所述节点弹簧元件之间提供了稳定接触。

13.根据权利要求1所述的弹簧装置，其中所述插入元件是钻石形状的。

14.根据权利要求1所述的弹簧装置，其中所述插入元件的轮廓呈圆形。

15.根据权利要求1所述的弹簧装置，其中所述插入元件包括：与所述V形弹簧元件的相对应表面部分配合的外部上表面部分(104、105)，和从所述插入元件的上表面延伸的楔紧支撑部分(108)，所述楔紧支撑部分适于穿过所述V形弹簧元件中相对应的开口来装配，以及所述插入元件的所述上表面还包括与所述V形弹簧元件配合且比所述V形弹簧元件的相对应部分具有更大半径的中间上表面部分(107)，以及所述垫片元件是具有从中穿过的开口(122)的盘，所述盘被定位在所述V形弹簧元件与所述节点弹簧元件之间，在所述V形弹簧元件与所述节点弹簧元件之间提供了稳定接触，其中所述垫片元件内的所述开口容纳所述插入元件的所述楔紧支撑部分。

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