CN102497834B - 电动牙刷及制造电动牙刷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动牙刷，该电动牙刷具有清洁头、手持件和被布置在清洁头和手持件之间的颈部，其中手持件包括具有功能开关、能量源、驱动单元、控制装置和光源的外壳。光源能够由控制装置在达到预定操作状态时开启，并且光源在功能开关和颈部之间被布置在手持件的上部区域中，其中光源被构造成发出具有50至2,500μW/sr的辐射强度和/或20至500mcd的发光强度的光。

Description

电动牙刷及制造电动牙刷的方法

技术领域

本发明涉及电动牙刷和制造这种牙刷的方法。电动牙刷常常在手持件的外壳部分中具有光源，所述光源被设计成向使用者指示牙刷的某种操作状态。例如，已知将外壳上的LED点亮以便指示手持件中的蓄电池的充电状态。

背景技术

WO92/13499公开了一种电动牙刷，其在手持件的上部区域中具有光源。该情况下的光源为LED，其直接固定在电动牙刷手持件的外壳中。

美国专利6,954,961公开了一种最初所提到的那种类型的电动牙刷，其使用多个LED以便在手持件周围获得光照。然而，在其机械、电气和光学的具体实施方面，这种概念非常难以实现。在美国专利6,954,961的一种变体中，已知当在刷牙期间向刷头上施加某种应用力时可开启光源。

从Braun公司也获知一种电动牙刷，其具有外部指示装置以便在清洁牙齿期间使牙刷的不同操作状态和它们的操纵情况可视化。其等同地提供LCD，在清洁牙齿期间一旦检测到刷头的某种应用压力，就在所述LCD上出现某种符号并且开启发光二极管。这些用于警示刷头对牙齿的应用压力过高的装置旨在防止使用者施加高于除去牙斑所需压力的应用压力。

然而，有不少电动牙刷的使用者在清洁牙齿的至少某些区域时眼睛是闭合的以便在清洁期间放松身心。事实表明，这类使用者在眼睛闭合时注意不到已知的在清洁牙齿期间指示操作状态的可能性。同样，具有视觉障碍的人几乎不能够感知到这些以视觉方式指示的对过高应用压力的警示。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种最初所提到的那种类型的包括视觉显示装置的电动牙刷，所述视觉显示装置在清洁牙齿期间可容易地被感知到，甚至在眼睛闭合时也能感知到；并且将所述视觉显示装置以防振且简单的方式布置在手持件中。此外，本发明的目的还在于提供制造这种牙刷的方法。

与所述电动牙刷相关的该目的通过如下技术方案来实现。通过将光源构造成发出具有50μW/sr至2,500μW/sr的辐射强度和/或20mcd至500mcd的发光强度的光，这确保了在用所述牙刷清洁牙齿期间，当在所有通常的抓握位置开启时，定位在手持件的上部区域中的光源仍然可被清楚地感知到，甚至在眼睛闭合时也能感知到。所述测量值是指在LED的光轴上邻近手持件的光源的上方5cm的测量距离(也见图1)。已知的牙刷在类似的测量条件下用它们的LED发出不眩目的2μW/sr至10μW/sr的辐射强度和0.2mcd至6mcd的发光强度。

在有利的另一方面，光源被构造成使得光源发出150μW/sr至2,000μW/sr的辐射强度和/或100mcd至450mcd的发光强度(具有任何可见的光的颜色)。这些值同样也指相同的针对辐射强度和发光强度的测量位置。光源的这种构型使得能够在眼睛闭合时被最佳地感知到。

在另一个有利实施方案中，光源，具体地为LED的光轴，与传动轴线，具体地为传动轴或驱动单元，形成优选地0°至80°，具体地讲30°至60°，或更优选地40°至50°的锐角。因此限定了光照方向，所述光照方向在清洁牙齿期间的大多数位置中朝向使用者的眼睛和牙刷的清洁头端部。

在另一个实施方案中，提供LED和光导元件以作为光源。具体地讲，仅提供与外壳上的光导元件协同作用的单一LED可形成在电气和机械上不太精细的构造，所述构造仍然使得光能够在手持件周围的相对大的区域中辐射。

在另一个有利实施方案中，光源，具体地为LED，被布置在外壳的与功能开关相对的一侧上。功能开关-通常其为能够启动电动牙刷的不同的操作模式的通/断开关或按钮或使用者控制器-优选地被布置在电动牙刷的与刷头相同的一侧上。相反，LED或光源被布置在相对侧上，即，被布置在背离刷头的一侧上。一方面，这保证了眼睛闭合时能更好地感知到光源的开启；另一方面，如果使用者在镜子前睁着眼清洁其牙齿，则也允许更好地感知到光源的开启。

在另一个有利实施方案中，光导元件被构造成包括透明或半透明的塑料体。独立于LED将光导元件构造成独立的塑料体不仅导致有利的固定光导元件和LED的选择，在所述选择下，LED的电引线暴露于较小的由振动的驱动单元所引起的振动效应，而且也允许将光导元件设计成使手持件上的光源可具有足够大的辐射立体角。

在另一个有利实施方案中，光导元件被构造成包括细长弯曲体，所述细长弯曲体优选地为U形或香蕉形。光导元件的这种几何构型允许所述光有利地透射到光导元件中，以便所述光可从手持件的若干个侧面被感知到。甚至当紧邻使用者的面部使用手持件时，也期望能够在仅使用单一LED的情况下从手持件的若干个侧面检测到光源，即使这不能够在缺乏光导元件时仅用单一LED来实现。

在另一个有利实施方案中，LED的光学外部辐射体具有局部向内成型的轮廓。这种外部轮廓形成漫射表面，从LED发出的光在所述表面上被漫射并以某种射束角度辐射，不仅沿光轴而且也横向地，具体地讲在垂直于光轴的方向上辐射。这允许光导元件将光更有效地导入并照射到其侧部中。如果LED的正上方和其光轴的延伸部中的光导元件上的某个区域的半透明度小于邻近它的光导元件的某个区域，则该效应可得到进一步强化。

在另一个有利实施方案中，LED固定到手持件的内部模块上。有利的是，LED不直接固定到外壳上。这样以与外壳去耦方式来固定LED允许LED在手持件上具有更好的可安装性，并且在振动方面使得这种固定能够与驱动单元脱离。所述驱动单元在电动牙刷中一般振动得非常强烈，并且因此易于损坏从LED至控制装置/印刷电路板的电连接线。

在另一个有利实施方案中，内部模块包括第一底座部件和第二底座部件。第一底座部件容纳能量源、驱动单元和控制装置。第二底座部件包括LED和连接到LED的电引线。这种设计使得能够通过将第二底座部件更柔性地连接到内部模块而更柔性地安装排列LED。这确保了连接到LED的电引线不被驱动单元的振动所损坏，具体地讲电引线对LED和对控制装置的连接点保持不受损害。

在另一个有利实施方案中，第二底座部件能够以机械和电气方式连接到控制装置的印刷电路板。优选地，第二底座部件通过搭扣配合或闩锁连接机械地直接连接到控制装置的印刷电路板，其中LED的电引线紧邻电触点固定到印刷电路板上。所述电连接可靠地通过将LED的所述电引线焊接到印刷电路板来实现。

在另一个有利实施方案中，LED固定到被提供作为第二底座部件的注塑成型件上。所述注塑成型件能够由例如POM或某种其他硬塑料材料制成。也可提供软塑料材料以用于该目的。所述注塑成型件形成柔性底座部件，所述底座部件柔性地吸收可能被导入到底座部件中的任何振动，而使LED或电引线不会因振动而受到损坏。

在另一个有利实施方案中，第二底座部件包括包围驱动单元的环形夹以用作内部模块上的上部紧固件，即第二紧固件。因此，底座部件除了在上部区域中以环形方式塞紧在传动轴周围以外，还优选地在下部区域中搭扣配合到印刷电路板上。这使得底座部件能够被柔性地安装，而使得下部区域中的搭扣配合连接或电焊接连接不会因振动而分离。

在另一个有利实施方案中，光源，具体地为光导元件，在外壳处由软塑料材料限定或横向围绕。优选地，将光导元件布置在硬塑料体上，并且通过将软塑料材料注射成型在其周围来横向密封它。具体地讲，弹性体例如热塑性弹性体(TPE)为一种合适的软塑料材料。

本发明的上述目的也通过某种方法来实现。该方法包括首先通过使用第一塑料组分优选地硬塑料组分注射成型来制造手持件的外壳。将独立注射成型的光导元件安装在外壳的第一塑料组分的支撑结构上。在第三步骤中，将如此制备的手持件的外壳放回到注模中，并且将第二塑料组分，具体地为软塑料组分，模塑到外壳上。光导元件的边缘因此完全被软塑料组分即第二塑料组分所围绕。因此，保证了光导元件在外壳中的密封嵌置。

在一个可供选择的实施方案中，为了制造电动牙刷，将手持件的外壳的第一塑料组分，优选地硬塑料组分进行注射成型。然后将第二透明或半透明的组分作为光导元件模塑到第一组分上。在第三注射成型步骤中，任选地将另一种塑料组分作为硬塑料或软塑料模塑到手持件的外壳上。该可供选择的实施方案，其同样可独立于其他特征而受到保护，也可仅包括两种组分。

此外，本发明的目的还通过某种方法来实现。该方法包括以下制造步骤：制造具有光导元件的外壳，并且将具有驱动单元、能量源和LED的内部模块插入到外壳中。在该过程中，将内部模块插入到管状外壳中使得LED定位在光导元件的下面以便LED和光导元件组合而形成光源。外壳使用注射成型技术来制造，其中光导元件已在中间步骤中安装或者模塑在其上。这种方法使得能够装配电动牙刷而不损坏LED或其电引线。

附图说明

通过下文参照附图对实施方案所作的描述，本发明的其他目的、优点、特征和应用可能性将变得显而易见。应当理解，当单独地使用或以任何有意义的组合形式使用时，任何由例证所描述和/或所表示的特征均形成本发明的主题。

在附图中，

图1为本发明的电动牙刷的侧视图；

图2为图1的牙刷的手持件的内部模块的透视图；

图3为图1的牙刷的第二底座部件的透视图；

图4为图1的牙刷的光源的顶部平面图；

图5为沿图4的线A-A截取的光源的截面图；

图6为图1的牙刷的LED的发光行为的示意图；

图7为图1的牙刷的处于非装配状态的手持件外壳和光导元件的一部分的透视图；

图8为处于装配状态的图1的牙刷的具有光导元件的手持件外壳的透视图；

图9为图1的牙刷的手持件的局部前视图；

图10为牙齿清洁期间的图1的牙刷的示意图，其中使用者的眼睛是闭合的并且光源是开启的；

图11为处在第二牙齿清洁位置的图1的牙刷的示意图，其中使用者的眼睛是闭合的并且光源是开启的；并且

图12为处在第三位置的图1的牙刷的示意图，其中使用者的眼睛是闭合的并且光源是开启的。

具体实施方式

图1示出了具有手持件1的电动牙刷，所述手持件从下端延伸至邻接的颈部2(见图1中的手持件的长度X)。塞紧到手持件1上的是可互换的置换刷4，所述置换刷具有颈部2和位于其上端上的清洁头3。图1中的颈部2在长度Y上延伸。手持件1也具有功能开关5使得牙刷能够被接通和断开，并且(如果适用的话)被切换至不同的操作模式。功能开关5被布置在电动牙刷的与清洁头3相同的一侧上。被布置在手持件1上的与功能开关5和清洁头3相对的一侧上的是光源6。光源6被布置在手持件1的上部区域中，直接邻近置换牙刷4并位于功能开关5的上方。图1仅示出了光源在所示侧面上背离功能开关的侧面上的延伸部。然而，由于是对称构造的，光源6也同样布置在牙刷的未示出的背面上。光源6包括LED10，所述LED定位在手持件1的内部，并且其自身不突出到手持件外。图1还示出了LED10的光轴7，所述光轴相对于驱动单元的纵向轴线或其传动轴线8倾斜成大致45°的角度。角度α可在0°至80°的范围内变化。因此提供了光源的辐射方向，所述辐射方向背离手持手持件1朝使用者的面部延伸。沿LED10的光轴7，在从光源6发出的光的退出点，可使用光度计9在5厘米的距离z处测量辐射强度和发光强度。在该实施方案中，有可能在图1所示的光度计位置测量到330mcd的发光强度。该实施方案所述的LED发出波长为632nm的红色光。在该实施方案的测量点所测得的辐射强度为1,600μW/sr。从LED10发出的光辐射的颜色以及发光强度和辐射强度均可有变化(参见与发光强度和辐射强度的变型选项相联系的(并且是彼此独立的)数据)。手持件1包括硬塑料组分12(在图中以白色示出)和由TPE11制成的软塑料组分(在图中以灰色示出)。所述TPE组分是直接邻近光源6的轮廓而模塑上的以便将光源6包封成防水的。

图2示出了插入到手持件1的管状外壳13中的内部模块14。内部模块14包括第一底座部件15，其中接纳了能量源17(在这种情况下呈蓄电池形式)和驱动单元18。呈印刷电路板(在其上提供对牙刷的电子控制)形式的控制装置19在图2的例证中不太明显，因为所述装置是被布置在背后的相对侧上的。被布置在内部模块14的上端上的为传动轴20，所述传动轴由驱动单元18驱动。LED固定在第二底座部件16的上段中，其中LED10和控制装置或印刷电路板19之间的电连接线21通过偏置装置固定到第二底座部件上。第二底座部件包括环形夹22，所述环形夹固定在传动轴20及其护罩周围。将第二底座部件通过搭扣配合连接固定到仅印刷电路板19的下段上并且通过环形夹22固定到上端上，这保证了驱动单元18的振动被第二底座部件柔性地吸收，并且因此LED10的电引线和其对印刷电路板19的连接不被损坏。

图3示出了第二底座部件16，其中LED10和电引线21是分离的。第二底座部件16为注塑成型件，其优选地由POM制成，并且在其下段中包括两个夹臂23，所述夹臂具有搭扣配合凸耳以用于固定到印刷电路板19上。用于固定LED的部分24被构造成尤其柔性的以便吸收被导入到第二底座部件16中的振动。环形夹22和下部固定到印刷电路板19上也有助于减振。此外，第二底座部件16包括多个凹槽并且被构造为细框架以便具有较高的固有柔韧性。也有可能替代LED将其他电子组件固定到这种更柔性的第二底座部件上。第二底座部件的另一个功能是引导电引线21。

应当指出，柔性第二底座部件的概念可适用于如下这类设备中：只要移动的支撑件上的固定式电路旨在连接到其他电子组件，并且所述组件通过例如振动装置或摆动驱动器或受到它们的影响而彼此分离。以该方式，机械地与驱动模块去耦的电子组件可用来例如通过LED和显示部件来指示装置信息或传送数据。用于其他电动牙刷、剃刮设备或家用电器中也同样是可能的。

图4示出了光源6的顶部平面图。光源6由光导元件25和LED10构成。光导元件25如所述的那样成形或固定在手持件1的外壳13中。LED10布置并固定在第二底座部件16并因此内部模块14上。LED10由光导元件25中的安装开口以极小的间隙包封。在将内部模块14插入到手持件外壳13中之后，LED保持在光导元件25的该安装空间中。光导元件25为大致U形的细长构型，但可也具有不同的延伸部，所述延伸部允许优选地在单件组件中手持件外壳的至少一个侧面覆盖其整个宽度。在这种情况下，手持件外壳的三个侧面被光导元件包围，其中源自LED10的光在光导元件的中心点被导入到光导元件25中，所述中心点大约对应于其对称轴。

图5示出了在箭头方向上沿线A-A(见图4)截取的光导元件的截面图。LED10被光导元件25的若干个侧面包封以便最佳地将光导入到光导元件25中。

图6示意地示出了LED10的发光情况。LED10的辐射体的上端不是成形为外凸构型而是成形为内凸构型。因此，从LED发出的向上的光束在该上部内凸表面上部分地横向漫射到外部，并且也部分地竖直向上发射。所述光束以若干个箭头示出于图6中。这种LED的设计也朝光导元件25的横向腿部产生光导元件的更好的光照。

图7示出了手持件1的外壳13。图7所示的是第一注射成型步骤之后的结果。该管状外壳单纯地由硬塑料组分诸如PP形成。示出于外壳部件12的上方的是仍然未装配的光导元件25。

图8示出了与外壳13的硬塑料组分12装配在一起的光导元件25。在这一将光导元件适配到外壳的硬塑料组分上的步骤之后，将后者插入到注模中并且将软塑料组分11模塑到外壳13上。在该过程中，软塑料11在其所有横向轮廓线上包封光导元件25以便以密封关系将其嵌置在外壳13中。

在这种情况下，软塑料材料同样延伸盖过柄部前区中的一些部分，其中用于功能开关5的控制按钮的外壳部分使用两组分注射成型技术部分地由硬塑料组分且部分地由软塑料组分形成。在第一注射成型步骤中，用于功能开关的控制按钮被注射成型成具有作为硬塑料部件的有弹力的突出部27(见图7和8)，然后在第二注射成型步骤中，将所述按钮填充上软塑料材料并嵌置在其中使得突出部27可按弹性屈服方式被按压到定位在内部模块14中的开关上。此外，软塑料材料还用来提供开关符号。这免去了提供附加印刷操作以示出该控制元件的功能的必要性。该功能开关的构型以及使用两组分注射成型技术来制造它的方法也可独立于其他部件或以与它们的任何其他组合方式而受到保护。

图10、图11和图12最后示出了使用者使用电动牙刷的情况。以举例的方式示出了通常在清洁牙齿期间所采用的电动牙刷的三种位置。在所有的牙刷操纵位置中，光源均可被清楚地感知到，甚至当使用者的眼睛闭合时也能感知到，以便使用者可感知到警示信号以减小对牙齿的压力，甚至当以放松姿势清洁牙齿时。

Claims (18)

1.一种电动牙刷，所述电动牙刷具有清洁头、手持件(1)和被布置在所述清洁头(3)和所述手持件(1)之间的颈部(2)，其中所述手持件包括具有功能开关(5)的外壳(13)、能量源(17)、驱动单元(18)、控制装置(19)和光源(6)，所述光源(6)能够由所述控制装置(19)在达到预定操作状态时开启，并且所述光源(6)在所述功能开关和所述颈部(2)之间被布置在所述手持件的上部区域中，所述光源(6)被构造成发出具有50μW/sr至2,500μW/sr的辐射强度和/或20mcd至500mcd的发光强度的光，

提供LED和光导元件以作为所述光源，

所述LED固定到所述手持件的内部模块上和/或相对于所述外壳不固定，以及

所述内部模块包括第一底座部件和第二底座部件，所述第一底座部件容纳所述能量源、所述驱动单元和所述控制装置，并且所述第二底座部件包括所述LED和连接到所述LED的电引线。

2.如权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，所述光源被构造成使得所述光源发出的光具有150μW/sr至2,000μW/sr的辐射强度和/或100mcd至450mcd的发光强度。

3.如权利要求1或2所述的电动牙刷，其特征在于，所述光源的光轴(7)与所述驱动单元的传动轴线(8)形成锐角。

4.如权利要求1或2所述的电动牙刷，其特征在于，所述光源的光轴(7)与所述驱动单元的传动轴线(8)形成0°至80°的锐角。

5.如权利要求1或2所述的电动牙刷，其特征在于，所述光源的光轴(7)与所述驱动单元的传动轴线(8)形成30°至60°的锐角。

6.如权利要求1或2所述的电动牙刷，其特征在于，所述光源(6)被布置在所述外壳(13)的与所述功能开关(5)相对的一侧。

7.如权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，所述光导元件被构造成包括透明或半透明的塑料体。

8.如权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，所述光导元件被构造成包括细长弯曲体。

9.如权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，所述光导元件被构造成U形或香蕉形。

10.如权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，所述LED的光学辐射体具有局部向内成型的轮廓。

11.如权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，所述第二底座部件能够以机械和电气方式连接到所述控制装置的印刷电路板。

12.如权利要求1或11所述的电动牙刷，其特征在于，所述LED固定到注塑成型件上，所述注塑成型件被提供作为所述第二底座部件。

13.如权利要求1或11所述的电动牙刷，其特征在于，所述第二底座部件包括环形夹，所述环形夹包围所述驱动单元以用作所述内部模块上的上部紧固件。

14.如权利要求1或2所述的电动牙刷，其特征在于，所述光源由软塑料材料限定。

15.如权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，所述光导元件由软塑料材料限定。

16.一种制造如权利要求1至15中的任一项所述的电动牙刷的方法，所述方法的特征在于以下制造步骤：

-将所述外壳的第一塑料组分注射成型；

-将所述光源或光导元件安装在所述第一塑料组分上；和

-邻近所述光源或所述光导元件将所述外壳的第二塑料组分注射成型。

17.根据权利要求16所述的方法，所述方法的特征在于，将作为硬塑料材料的所述第一塑料组分注射成型，并且将作为软塑料材料的所述第二塑料组分注射成型。

18.一种制造如权利要求1至15中的任一项所述的电动牙刷的方法，所述方法的特征在于以下制造步骤：

-将所述外壳注射成型，将其适配上所述光源的光导元件；和

-将内部模块插入到所述外壳中，所述内部模块具有驱动单元、能量源和所述光源的LED。