CN106413629B - 用于电动牙刷的刷头组件和电动牙刷 - Google Patents

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Abstract

用于电动牙刷的刷毛结构的共振调谐。一种用于电动牙刷(1)的刷头组件(10)，包括刷毛板(12)和安装至刷毛板(12)的刷毛组(14)。该刷毛组(14)被特征化使得刷毛中的一些或所有在选定驱动频率下的操作期间具有偶极抽打运动，包括其中第一部分(32)中的刷毛与在刷头组件(10)的至少第二部分(34)处的刷毛相比具有不同运动的布置。

Description

用于电动牙刷的刷头组件和电动牙刷
技术领域
本发明大体涉及牙刷刷头组件，并且更具体地涉及电动牙刷刷头中的刷毛和毛束的结构和布置。
背景技术
传统的牙刷典型地布置成机械地刮擦牙齿的表面以去除牙菌斑。各种各样的刷毛材料、刷毛尺寸和刷毛几何形状已用来促进清洁过程并在很多专利中公开。典型地，刷毛设计造成刷毛在牙齿的表面上面的扫动运动。可选地，诸如美国专利号7,520,016中所示等的布置沿着不同的轴线同时独立地驱动刷毛组的区域或一部分，以试图获得更加高效和更加有效的清洁。
相对于牙刷器具自身，归因于对装置性能和寿命或者有害的或者不可预测的影响，在选择用于器具的驱动频率时典型地避免电动牙刷的各种组成部件的固有共振频率。不期望的影响包括过度的噪声、不愉快的用户体验和不充分的清洁。器具的早期故障可能由传动系的过度振动引起。手柄的共振频率是最显著的部件频率，但是通常也考虑刷头的共振频率。典型地最佳实践是避免匹配这两个主要部件的共振频率。
迄今为止尚未彻底地相对于清洁效果和/或有效性对共振频率在刷毛的运动上的影响进行研究，因为运动迄今为止首要由刷头自身的结构确定。然而，对刷毛自身的各种方面的彻底研究可以在避免上面提到的性能缺点的同时造成更加有效的清洁。因此，期望通过确定刷毛构造和附接的各种有利的结构方面和布置来改善器具性能。
发明内容
因此，一种用于电动牙刷的刷头结构，包括：刷毛板；和安装至刷毛板的刷毛组，其中刷毛组通过长度和硬度或者刷毛的至刷毛板的安装而在结构上被特征化，使得在刷毛组的一个或多个部分中的刷毛在声波频率范围中的选定驱动频率下具有偶极运动(dipolemotion)。
附图说明
图1A是具有由通用电源驱动的刷毛组的刷头的示意图。
图1B是图1A的刷头的正视图。
图2A图示出具有单极运动(monopole motion)的牙刷刷毛。
图2B图示出偶极运动。
图3是示出了刷毛在刷头袋中的附接的简单截面图。
图4是图示出刷毛运动的相位可以从刷头的一区域至另一区域是变化的刷头的俯视图。
具体实施方式
图1A和图1B示出电动牙刷(1)的传统刷头组件10，其包括刷毛板12和刷毛组14。刷毛典型地由尼龙制成并且具有选定的尺寸。刷毛组包括多个刷毛束23，各刷毛束包括在1至1,000,000个刷毛的范围内的多个独立刷毛19。典型地，在传统的刷头中有在10至50个之间的刷毛束。刷毛19被以各种方式附接至刷毛板，包括例如装订。刷头组件10由大体示出在16处的功率组件驱动。功率组件典型地被容纳在器具的手柄部分(未示出)中并以选定的频率和幅值驱动刷头和刷毛。一个示例是具有10°的幅值的近似260Hz的频率。然而这些值取决于独立器具及其目的而变化。
在本发明中，公开了独立刷毛9的各种方面，包括它们在刷毛板中的安装，以产生特定的运动或抽打(whip)。此外，刷毛和刷毛板的结构和布置被选择成使得在刷毛组的顶端区域中提供与刷毛组的中央部分中的刷毛运动不同的刷毛运动。这导致更加有效和高效的清洁。
传统上，操作中的电动牙刷刷毛产生单极运动抽打，诸如图2A中的20处所示。这是一阶运动。在大体“C”形的单极运动中，各刷毛的中央向外延伸超过刷毛的端部。该运动产生一定水平的清洁。在本发明的一个方面中，刷毛被配置且布置成产生偶极运动或抽打，如图2B中22处所示，其中刷毛具有“S”运动。这也称作二阶运动。
独立刷毛和刷毛束被布置成使得刷毛具有偶极运动并且进一步被布置成使得独立刷毛束彼此不碰触或接触，使得独立刷毛的偶极运动不被打扰。
一般情况下，用以产生偶极运动抽打的刷毛特性包括长度和直径尺寸、材料及选定毛束中的刷毛的数量(填充密度)。刷毛的长度将在0.5cm至1.5cm的数量级上，直径在100μm至500μm的范围内。材料是相对软的尼龙，诸如聚酰胺纤维(Tynex)。独立毛束中的刷毛的填充密度将是近似1,000个/mm至10,000个/mm。填充密度和毛束的间距可以用来将刷毛的屈曲朝向诸如偶极抽打等的特定运动偏置。
刷毛至刷毛板的附接是重要变量。在所示实施例中，深度小于2mm、在0.5mm至1.5mm的范围内，诸如通过装订。刷毛束23也可以安装在刷头袋24中，如图3所示。这改变了刷毛相对于刷头的质量中心的联接，并且可以用来抑制除了期望的共振之外的不期望的刷毛运动和共振。
刷毛板中的材料可以选择成帮助产生偶极运动。这包括聚丙烯材料。此外，包括平行于刷头的主轴线定位的层压纤维使刷头在一个方向上变硬，以便将能量从刷头更加直接地联接至刷毛。在制造中，将在覆模成型(over-mold)或多次注入注射成型(multi-pouredinjection)时做出层叠元件。典型地，纤维将在直径上为近似0.01mm至1.0mm，并且将在刷头的长度上延伸。
通过改变刷头中的刷毛的上面的特性，可以在刷头上的不同点处获得扫动、拍打、旋动或抽打的各种组合。例如，大体参见图4，可能期望将刷毛布置在刷头10上使得刷毛组的第一部分32具有与第二部分34相比、与第三部分36相比不同的运动。这可以改善清洁、特别是在牙齿的齿间或牙龈区中的清洁。顶端部分和中央部分的尺寸分别可以在某些程度上变化。然而，典型示例将会是刷毛组的前5mm包括刷毛组的第一或顶端部分，而第二或中央部分在中央延伸近似15mm的距离。虽然图4所示的布置示出了作为顶端、中央和基部部分(32，34，36)的第一、第二和第三部分，但可以领会的是，这些部分可以以其他方式定向，诸如从一侧到另一侧、随机地或其他布置，取决于特定的刷头和刷头中的刷毛组(14)的布置。
一般地，刷头的一个部分中的刷毛运动的相位可以与刷头的另一部分中的刷毛运动的相位不同。这可以造成除上面和下面所描述的偶极“S”运动以外的各种刷毛运动，包括圆形和椭圆形抽打运动，取决于刷毛长度和刷毛的硬度及刷毛至刷头的安装。这准许了在弹性压板中看到或者类似于在较短刷毛的当中的非常长的刷毛的抽打的种类，并且特别是除行和列以外的刷毛束的图案。
在一个实施例中，刷毛被构造并布置成在刷毛组的顶端部分与中央部分之间产生特定的不同相运动。顶端部分提供抽打偶极运动，而中央部分具有传统的单极运动。顶端部分相对于中央部分的动作将随频率而变化。对于具有下面的特性、即低硬度和长毛束或反之的刷头/刷毛布置来说，刷毛的移动将随着频率变化而改变。这表明驱动频率上的简单改变可以产生在刷毛动作上的改变以实现不同的清洁动作。
在上面的刷头/刷毛结构示例中，顶端部分和中央部分的运动将随着频率在频率的声波范围内、诸如例如在10Hz至500Hz的范围上改变而变化。最初，在近似100Hz的频率下，将会有功率顶端的简单抽打运动。随着频率增加至近似125Hz，运动将会是偶极“S”形状，以及中央部分与功率顶端部分同步移动，而在近似150Hz的频率下，中央部分与顶端部分不同步移动。此外，在近似200Hz的频率下，运动将会是双“S”，以及中央部分与顶端部分同步移动，而在近似220Hz的频率下，中央部分与顶端部分不同步移动。又此外，在近似280Hz的频率下，刷毛的运动将会是三“S”，这只是频率如何可以在小频率范围内确定抽打动作的一个示例。
刷毛运动可以随着独立刷毛接触牙齿而衰减，而不会将振动耦合至用户。此外，由于刷毛被以分离的毛束的形式分组，所以刷毛组的一部分可以通过与牙齿接触而停止，而不会使剩余刷毛束停止。这允许实际的刷洗在较宽范围的刷子/牙齿压力或刷毛接触条件上持续进行。在一些情况中，当适当地选择振动模式时，对于未衰减的刷毛可以增加运动，这可以造成在齿间或龈下区的刷洗的效率上的增加。
通过改变刷毛至刷毛板的联接，可以将这些组成部件的共振频率充分地分开以半独立地驱动除刷毛板的主部分以外的刷毛束。改变刷头的下面的特性可以用来获得期望的共振频率，如上面所讨论的包括刷毛板和刷毛板的材料性质、毛束的分布、刷毛的填充密度、装订的深度和刷毛直径与形状。对驱动信号的驱动频率和/或占空因数进行的改变可以用来获得刷毛的期望的运动。这些改变可以利用固件改变来完成或者可以在器具中对各种频率进行编程以产生不同的清洁效果。
尽管已出于说明的目的公开了发明的优选实施例，但是应该理解的是，可以在不脱离由随附权利要求所限定的发明的精神的情况下将各种改变、修改和替换并入实施例中。

Claims (13)

1.一种用于电动牙刷(1)的刷头组件(10)，包括：
刷毛板(12)；和
刷毛组(14)，由至少两个刷毛束(23)构成，各刷毛束具有在相应部分中安装至所述刷毛板(12)的多个刷毛(19)，
其中所述刷毛板(12)的一个部分(32)中的所述刷毛束(23)和所述刷毛板(12)的至少一个其他部分(34，36)中的所述刷毛束(23)被配置成：通过改变在刷头中的刷毛的特性并且通过改变所述刷毛到所述刷毛板的联接而具有相应的谐振频率，使得在所述刷毛板的所述一个部分(32)中的刷毛束(23)以偶极、“S”形或二阶运动(22)运动，而在所述刷毛板的所述至少一个其他部分(34，36)中的刷毛束(23)以单极、“C”形或一阶运动(22)运动。
2.根据权利要求1所述的刷头组件，其中在所述刷毛组(14)中的所述刷毛束(23)具有变化的长度。
3.根据权利要求1所述的刷头组件，其中所述刷毛束(23)借助于安装在所述刷毛板(12)中的袋(24)中而被固定至所述刷毛板(12)。
4.根据权利要求1所述的刷头组件，其中所述刷毛板(12)进一步包括层压纤维以使所述刷头组件(10)变硬。
5.根据权利要求4所述的刷头组件，其中所述层压纤维平行于所述刷头的主轴线布置。
6.一种电动牙刷(1)，包括：
根据权利要求1所述的刷头组件；以及
功率组件(16)；
其中当所述功率组件(16)在声波频率范围中的选定驱动频率下驱动所述刷头组件(10)时，
在所述电动牙刷在选定驱动频率中的选定驱动频率下操作时，所述刷毛板(12)的第一部分中的刷毛束(23)以单极、“C”形或一阶运动(20)运动，而在至少一个其他部分(34，36)中的刷毛束(23)以偶极、“S”形或二阶运动(22)运动。
7.根据权利要求6所述的电动牙刷，其中所述至少一个其他部分(34，36)包括第二部分，并且所述第二部分中的刷毛束(23)的运动(22)与所述第一部分中的刷毛束(23)的运动(20)不同步。
8.根据权利要求6所述的电动牙刷，其中所述至少一个其他部分(34，36)包括第二部分，并且所述第二部分中的刷毛束(23)的运动(22)与所述第一部分中的刷毛束(23)的运动(20)同步。
9.根据权利要求7或8所述的电动牙刷，其中所述至少一个其他部分(34，36)还包括第三部分，并且所述第三部分中的刷毛束(23)与所述第一部分或所述第二部分中的至少一个中的刷毛束(23)不同地移动。
10.根据权利要求9所述的电动牙刷，其中所述第三部分中的刷毛束(23)的运动与所述刷毛板(12)的所述第一部分或所述第二部分中的至少一个的运动是不同步的运动。
11.根据权利要求7或8所述的电动牙刷，其中所述至少一个其他部分(34，36)还包括第三部分，并且所述第三部分的运动与所述刷毛板(12)的所述第一部分或所述第二部分中的至少一个的运动同步。
12.根据权利要求6所述的电动牙刷，其中所述驱动频率在100Hz至300Hz之间。
13.根据权利要求6所述的电动牙刷，其中所述刷毛束(23)被布置成使得所述刷毛束(23)在所述电动牙刷的操作期间彼此不接触。
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