CN1658807A - 高效电动牙刷 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种具有特定装配、刷毛构型和传动机构的电动牙刷。装配件、刷毛构型和传动机构使得牙刷与目前已知的牙刷相比效率更高而且更经济。具体地讲，本文公开了一种电动牙刷，该电动牙刷包括一个主体、一个头部和一个在主体和头部之间延伸的颈杆。头部利用静止和活动刷毛的多种独特和优选的排列之一。静止刷毛至少部分地围绕设置在活动刷毛载体上的活动刷毛的集合。马达和传动系统将运动赋予活动刷毛集合。本文还公开了一种具有简化和改进的装配件的牙刷。所述牙刷包括独特的装配，所述装配利用与活动刷毛载体结合的一体式外壳，所述活动刷毛载体接合在牙刷的牙刷头部上，和一个固定到其上的固定牙刷头部顶端。一体式外壳减少了牙刷部件的数量从而降低了制造成本。牙刷头部顶端可使用其它顶端来置换并允许消费者独自定制牙刷以提供满意的特定刷洗构型。

Description

高效电动牙刷
发明领域
本发明涉及电动牙刷，更具体地讲，本发明涉及具有降低了能量消耗需求的高效电动牙刷。
发明背景
尽管对电动牙刷的清洁功效已进行了许多评论、调查和比较，但已进行过的研究中没有几项研究是关于电动牙刷的实际能量消耗或能量效率的。
在1998年，Kotomin等人在“Macromodel Approach toExperimental Study of Polymer Brushes Rubbing，”Wear 222(1998)，第21至28页中报道了摩擦现象的分子力学计算程序方法和与各种不同类型的聚合物牙刷相关的研究。尽管其提供了一些信息，但文章主要论述的是刷洗运动机械学的理论方面以及刷毛刚性和摆动频率对电量或能量需求的影响。
在所有已知的专利文献中，所报道的有关电动牙刷的电量需求方面的仅有进展是与在牙刷负荷过度时生成警报的负荷传感器相关的哪些。参考例如美国专利5,784,742。此外，其它专利也描述到，声波牙刷的清洁效率和齿龈按摩效率随这种牙刷采用的扭矩和功率而不同。例如参考美国专利5,934,908。
尽管满意，但公布的论文或专利中没有一个涉及用于实际降低电动牙刷的能量消耗和增加能量效率的新的方法。
传统的牙刷采用一组或多组静止的或换句话讲附着到牙刷的头部或端部的刷毛。采用机械或电力供电的活动刷毛组的牙刷也是已知的。典型地，电动马达和传动机构保持在牙刷的主体内并与活动刷毛组耦合。在启动马达和传动机构后，刷毛组可能经历多种不同类型的运动。
每种类型的牙刷都有某些优点并显示具有一些其它类型的牙刷所没有的具体特征。因此，希望将静止刷毛的功能和特征与活动或电动刷毛的功能和特征相结合。
尽管在本领域中已知有些牙刷采用活动或电动刷毛组与静止刷毛组相结合，但据信在清洁功效和制造性方面仍有改进的余地。因此，仍需要这样一种牙刷，该牙刷具有一组或多组静止刷毛和一组或多组活动和电动刷毛，其不仅能够提供强大的清洁功效，而且还比较经济并非常适于大规模制造。
目前已知的电动牙刷相对复杂并且组装比较乏味和复杂。应当理解的是，这些特征增加了牙刷的成本，该成本的增加体现在产品的零售价格较高。因此，希望提供一种组装和制造相对廉价的电动牙刷。
模组化电动牙刷也是已知的，其中牙刷的某些部件可与其它牙刷上的类似部件互换或可与单独销售的部件互换。例如，具有可置换头部和颈杆装配件的牙刷也是已知的，其中整个头部和颈杆的至少一部分可以从牙刷主体或其外壳中取出，然后用另一个头部或颈杆装配件替换。尽管这种模组化系统具有一些显著的优点，但整个牙刷头部和颈杆装配件相对昂贵。另外，当原装配件中只有刷毛发生了磨损时，经常没有必要用新的装配件来替换整个头部和颈杆装配件。因此，需要一种可满足消费者特定需求的可供选择的牙刷模组化设计。
发明概述
在第一方面，本发明提供了一种低能耗的电动牙刷，该牙刷包括一个外壳装配件，所述外壳装配件具有一个牙刷头部、一个柄部和一个在牙刷头部和柄部之间延伸的颈杆。外壳包括一个中空内部腔体。低能耗的电动牙刷还包括一个设置在牙刷头部上的活动刷毛载体。牙刷也包括一个提供电动转轴的马达、一个固定到轴上的传动齿轮和一个电源，所述电源电气连接到马达上并置于所述外壳的中空内部腔体内。牙刷附加包括一个冠齿，该冠齿被接收在外壳内，其被成形并与马达的传动齿轮以特定方式和特定的齿轮齿数比接合。冠齿也包括两个凸轮构件。牙刷还包括一个传动轴，该传动轴与冠齿的凸轮构件和活动刷毛载体接合。牙刷也包括保持在活动刷毛载体上的第一组刷毛和保持在牙刷头部上的第二组刷毛。启动马达之后，冠齿被传动，从而赋予传动轴和设置在牙刷头部上的活动刷毛载体一种往复运动。
在另一个方面，本发明提供一种包括外壳的电动牙刷，所述外壳具有一个柄部和一个牙刷头部，其中外壳包括一个在外壳中限定的中空内部区域。牙刷也包括一个位于牙刷头部的活动刷毛载体。牙刷附加包括支承和保持在刷毛载体上的第一刷毛集合。牙刷在靠近刷毛载体处还包括支承和保持在牙刷头部的第二刷毛集合。牙刷也包括一个提供转动轴的电动马达和与马达可选择地电气连接并位于外壳的中空内部区域内的电源。牙刷也包括固定到马达的轴上的第一传动齿轮。牙刷附加包括与第一齿轮啮合的第二齿轮，确定第二齿轮的方向使得第二齿轮的转动轴与第一齿轮的转动轴垂直。第二齿轮包括一个偏移构件，该构件位于从第二齿轮的中心径向向外的位置。牙刷也包括一个传动轴，该轴在其间延伸并将刷毛载体与偏移构件连接，从而使第二齿轮的旋转赋予刷毛载体一种往复运动。刷毛载体每完成一个冲程循环，马达的转轴将旋转一定的次数，例如1至3次。在运转期间，马达以约1500rpm至约3500rpm的速度旋转。
在另一方面，本发明提供了包括外壳的电动牙刷，所述外壳具有一个柄部、一个牙刷头部、和一个在柄部和牙刷头部之间延伸的颈杆。外壳限定一个中空内部腔体。电动牙刷也包括一个可活动地设置在牙刷头部上的刷毛载体。牙刷还包括与刷毛载体耦合并随其活动的活动传动轴。传动轴在中空内部腔体的至少一部分内延伸，所述中空内部腔体在外壳中限定。牙刷也包括设置在载体上并随其活动的第一组刷毛。牙刷还包括设置在外壳的中空内部腔体内的马达和电源，其中马达提供电动输出轴。电动牙刷还包括齿轮装配件，所述装配件设置在中空内部腔体内并与马达的轴和传动轴啮合，从而在启动马达之后赋予传动轴和刷毛载体一种往复运动。该牙刷也包括一个设置在牙刷头部的第二固定刷毛集合。马达显示具有下列最大电流特征：(i)无负荷状态下为约0.3安培，和(ii)典型刷洗负荷状态下为约0.4安培至约0.6安培。马达的运转速度为约1500rpm至约3500rpm。
在另一方面，本发明提供一种低能耗电动牙刷，所述电动牙刷包括外壳装配件，所述外壳装配件包括牙刷头部、柄部和在牙刷头部和柄部之间延伸的颈杆。外壳限定一个中空内部腔体。电动牙刷还包括一个设置在牙刷头部的活动刷毛载体。牙刷也包括一个提供电动转轴的马达、一个固定到轴上的传动齿轮，和呈单节(AA)电池形式的电源。电源与马达电气连接并设置在中空内部腔体内。电源提供约0.9伏至约2.5伏的电压。牙刷也包括一个冠齿，所述冠齿可旋转地支承在中空内部腔体内并与马达的传动齿轮啮合。冠齿包括一个偏移构件，所述偏移构件设置在自冠齿的转动轴径向向外的位置。电动牙刷还包括一个具有第一端和第二相对端的传动轴。第一端与冠齿的偏移构件接合，第二端与活动刷毛载体啮合。牙刷也包括保持在活动刷毛载体上的第一多个刷毛和保持在牙刷头部上的第二多个固定刷毛。启动马达之后，冠齿被转动从而赋予传动轴和设置在牙刷头部的活动刷毛载体一种往复运动。在对位于牙刷头部的第一和第二刷毛集合施加一磅的载荷后，牙刷显示具有的总运行时间为至少100分钟。
在另一个方面，本发明提供了包括一个外壳的电动牙刷，所述外壳具有一个牙刷头部和一个柄部。外壳限定一个内部中空腔体。电动牙刷也包括一个设置在牙刷头部的活动刷毛载体。电动牙刷也包括一个设置在中空腔体内并呈单节(AA)电池形式的电源。电池提供约0.9伏至约2.5伏的电压。牙刷也包括一个与电源选择性地电气接触的马达。马达设置在中空内部腔体内。电动牙刷也包括一个传动系，所述传动系设置在中空腔体内并与马达和活动刷毛载体接合，从而在启动马达后，使刷毛载体经历一种往复运动。
附图简述
本发明可以用各种组件和组件布置方式，和以各种技术、方法或工序和步骤安排来成形。所参考的图仅仅用于图示说明优选实施方案之目的，它们不必按比例绘制，也不可解释为是对本发明的限制。
据信，通过下面的说明并结合附图可更好地理解本发明，其中：
图1是根据本发明的一个优选实施方案牙刷的透视图。
图2是显示根据本发明的各种不同刷毛类型排列的的优选实施方案的详细视图。
图3是根据本发明的刷毛排列的一个优选构型的另一优选实施方案。
图4是根据本发明的刷毛排列的另一优选实施方案。
图5是根据本发明的刷毛排列的另一优选实施方案。
图6是显示根据本发明的优选实施方案牙刷头部的部分横截面视图。
图7是显示根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的部分横截面视图。
图8是根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的部分横截面视图。
图9是根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的部分横截面视图。
图10是根据本发明的优选实施方案的凸轮装配件的详细透视图。
图11是根据本发明的另一优选实施方案凸轮设置的详细透视图。
图12是显示根据本发明的另一优选实施方案牙刷的部分装配件的透视图。
图13是显示根据本发明的刷毛排列的优选构型的详细视图。
图14是根据本发明的刷毛排列的另一优选实施方案，其图示一种指定某些刷毛位置的方式。
图15是根据本发明的刷毛排列的另一优选实施方案。
图16是根据本发明的一个优选实施方案牙刷头部的详细视图。
图17是图16所示的牙刷头部的侧视图。
图18是根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的详细视图。
图19是图18所示的牙刷头部的侧视图。
图20是根据本发明的另一优选实施方案牙刷的透视图。
图21是图20所示的优选实施方案牙刷的部分分解透视图，其图示说明形成优选实施方案牙刷的某些部件和它们的装配。
图22是一个详细视图，其图示说明图21和22所示的优选实施方案牙刷头部的装配件。
图23是图22的牙刷头部的另一个详细视图，其图示说明其中部件的进一步装配。
图24是图22和23的牙刷头部的另一个详细视图，其再一次图示说明其中部件的进一步装配。
图25是优选实施方案牙刷的牙刷头部的部分侧面正视图，其图示说明根据本发明的一种可能的刷毛构型。
图26是沿图25的线26-26截取的牙刷头部的端视图。
图27是另一优选实施方案牙刷的牙刷头部的部分侧面正视图，其图示说明根据本发明的另一种刷毛构型。
图28是沿线28-28截取的如图27所示的牙刷头部的端视图。
图29是另一优选实施方案牙刷的部分侧面正视图，其图示说明根据本发明的另一优选刷毛构型。
图30是沿线30-30截取的如图29所示的牙刷头部的端视图。
图31是另一优选实施方案牙刷头部的端视图，其图示说明根据本发明的另一种刷毛构型。
图32是根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的端视图，其图示说明另一种优选的刷毛构型。
图33是根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的端视图，其图示说明另一种刷毛构型。
图34是根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的部分侧面正视图，其图示说明另一种优选的刷毛构型。
图35是根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的部分侧面正视图，其图示说明另一种优选的刷毛构型。
图36是根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的部分侧面正视图，其图示说明另一种优选的刷毛构型。
图37是根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的部分侧面正视图，其图示说明另一种优选的刷毛构型。
图38是根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的部分侧面正视图，其图示说明另一种优选的刷毛构型。
图39是根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的部分侧面正视图，其图示说明另一种优选的刷毛构型。
图40是根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的部分侧面正视图，其图示说明另一种优选的刷毛构型。
图41是根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的部分侧面正视图，其图示说明另一种优选的刷毛构型。
图42是根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的部分侧面正视图，其图示说明另一种优选的刷毛构型。
图43是根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的部分侧面正视图，其图示说明另一种优选的刷毛构型。
图44是根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的部分侧面正视图，其图示说明另一种优选的刷毛构型。
图45是根据本发明的另一优选实施方案牙刷头部的部分侧面正视图，其图示说明另一种优选的刷毛构型。
图46是根据本发明的另一优选实施方案牙刷的牙刷头部(无刷毛)的平面详细视图。
图47是跨线47-47截取的如图46所示的牙刷头部的横截面视图。
图48是根据本发明的另一优选实施方案牙刷的部分分解图。
图49是根据本发明的另一优选实施方案牙刷的部分分解图。
图50是根据本发明的另一优选实施方案传动机构的一部分的透视图。
图51是如图50所示的优选实施方案传动机构的侧面正视图。
图52是根据本发明的牙刷的优选实施方案牙刷头部和颈杆的透视图。
图53是根据本发明的牙刷的另一优选实施方案牙刷头部和颈杆的平面视图。
图54是根据本发明的牙刷的另一优选实施方案牙刷头部和颈杆的平面视图。
图55是用于将旋转运动转变为往复运动，优选地用于本发明牙刷的优选实施方案接合装配件的部分分解图。
图56是如图55描述的优选装配件的齿轮的顶部平面视图。
图57是如图56所示的齿轮的侧面正视图。
图58是图55的优选装配件的部分横截面视图，其图示说明传动轴和齿轮之间的接合。
图59图示说明了图55的装配件的传动轴的一端的底部。
图60是图55的装配件的顶部平面视图，其图示说明了该装配件的操作。
优选实施方案详述
本发明基于以下发现：显著的清洁功效是通过利用静止刷毛与活动电动刷毛组合的牙刷获得的。优选地，活动刷毛在通电以后进行往复运动。最优选地，活动刷毛在与牙刷的纵轴基本平行的方向上进行往复运动。考虑到了活动刷毛也可在一般与纵轴垂直的方向进行往复运动。尽管往复运动是活动刷毛载体的一种优选运动类型，但本发明也包括活动刷毛载体的其他类型的运动。在本文描述的所有优选实施方案中，各种不同的活动刷毛都是电动的或由单一活动部件承载。这在本文中进行了更详细地描述。本发明基于对静止刷毛的特定模式或构型的发现，尤其是当静止刷毛与活动和电动的刷毛组联合使用时。此外，本发明的牙刷尤其适合大规模生产，其特征在于一个能够往复运动并至少部分地被一列静止刷毛环绕的活动刷毛载体。即，本文中描述的各种不同的优选实施方案牙刷由于它们的惊人的简单性和新颖的构造，因此制造起来相对廉价。这些和其他方面描述在本文中。
本发明也基于电动牙刷的一体型主体或外壳的独特设计，该牙刷结合了一个整体的颈杆和牙刷头部装配件。一体型主体或外壳大大地简化了牙刷的装配件并降低了与牙刷相关的制造成本。本发明也提供了牙刷头部的新颖模组化设计，该设计允许各种各样的刷毛组与牙刷联合使用。
此外，如本文所述，某些优选的实施方案包括弹性顶端或柔韧的、设置在牙刷头部的向外延伸的构件。牙刷头部的静止部分和活动部分也可和刷毛一起包括弹性顶端。静止部分和活动部分各自包括刷毛和弹性顶端，它们用于在刷洗的同时轻轻地按摩使用者的齿龈。弹性顶端可位于静止和活动部分的周边上或位于牙刷头部的静止和活动部分上的刷毛中间。
参考图1，其图示说明根据本发明的一个优选实施方案牙刷10。牙刷10包括一个主体30，一个头部20和一个在主体30和头部20之间延伸的颈杆40。头部20限定一个最远端22。头部20和颈杆40一般沿如图1所示的纵轴L延伸。沿头部20设置的是多个静止刷毛60和内部设置的刷毛集合50，刷毛50是活动的，如本文所述。刷毛50由一个活动刷毛载体支承和保持。活动刷毛载体可经历各种各样的运动，如下文所述。
在描述各种优选的实施方案之前，定义活动刷毛可能经历的各种不同类型的运动具有指导意义。本文所用术语“角运动”是指任何角位移。“线性运动”是指沿直的或基本直的线路或方向的移动。“基本线性运动”如下文所述。“曲线运动”是指即不完全是线性运动也不完全是角运动、而是这两种运动的组合的运动(即曲线的运动)。这些运动可以是恒定的或周期的运动。恒定运动是指不改变方向或路径的运动(即单向的)。周期运动是指倒转方向或路径的运动。基本上为圆的形式的恒定角运动(即延续通过360度或以上的运动)被称作旋转运动。延续穿过小于360度的周期角运动被称作摆动运动。曲线运动也可是恒定的(即单向的)或周期的(即倒转方向)。周期线性运动被称为“往复运动”。上述运动也可沿着牙刷载体的一个或多个轴线发生。
此外，定义术语“静止”刷毛和术语“活动”刷毛是有用的。术语“静止刷毛”是指固定到牙刷头部或对于牙刷头部或牙刷主体或其其它部件静止的刷毛，以便刷毛，更具体地讲，刷毛基座不会相对于牙刷移动。换句话讲，静止刷毛是指固定到牙刷上的刷毛，以便刷毛的基座或连接点不会相对于牙刷移动。认识到，离一根刷毛或一组刷毛最远的顶端或区域可能会由于刷毛的柔韧性而移动。然而，静止刷毛的基座不会相对于牙刷移动。术语“活动刷毛”是指这样的刷毛，其中刷毛的基座相对于牙刷移动，并且优选地相对于牙刷的纵轴移动。一般来讲，这种构型是通过将刷毛的基座附着或支承到一个安装部件，即可相对于牙刷活动的刷毛载体或刷毛座上来获得的。换句话讲，活动刷毛是可移动的刷毛，优选地可相对于牙刷的纵轴移动。
图2-5和13图示说明静止刷毛和活动刷毛排列的多种不同优选实施方案构型。图2是如图1所示的牙刷10和其头部20的详细视图。从图2可以看出，静止刷毛60一般整个围绕活动刷毛集合50延伸。活动刷毛50设置在和位于活动刷毛载体52上。刷毛载体52优选地可在图2所示的位置A和位置B之间活动。优选地，刷毛载体52可以在位置A和位置B之间前后移动，在位置A中刷毛载体52邻近牙刷头部20的最远端22，位置B在图2中用虚线显示。最优选地，刷毛载体52在位置A和B之间往复运动时的移动方向一般与牙刷头部20和颈杆(未在图2中示出)的图1所示的纵轴L平行。
图3图示说明沿优选实施方案牙刷100的牙刷头部120的刷毛的另一种优选排列。在该实施方案中，多个静止刷毛160基本上围绕活动刷毛集合150的周边或边周延伸。活动刷毛150沿活动刷毛载体152支承和保持。刷毛载体152可在图3所示的位置A和位置B之间活动。在该优选的构型中，沿牙刷头部120的区域125不包含任何静止或活动刷毛。如前文图2所述，刷毛载体152，以及活动刷毛150，优选地可在位置A和B之间往复运动。从图3中将看到，位置A邻近牙刷头部120的最远端122。
图4图示说明本发明的牙刷200的另一个优选实施方案牙刷头部220。在该实施方案中，静止刷毛集合260位于围绕活动刷毛集合250的牙刷头部220的相对区域。活动刷毛250沿活动刷毛载体252支承和保持。活动刷毛载体252可在图4所示的位置A和位置B之间活动。将注意到，两个区域在静止刷毛集合260之间限定，这两个区域不包含任何刷毛。这些区域在图4中被标示为区域227、229。如前面图2所述，刷毛载体252，以及活动刷毛250，优选地可在位置A和B之间往复运动。位置A邻近牙刷头部220的最远端222。
图5图示说明根据本发明的牙刷3 00的另一个优选实施方案牙刷头部320。在该实施方案中，静止刷毛集合360至少部分地围绕支承和保持在活动刷毛载体352上的活动刷毛集合350延伸。活动刷毛载体352可在图5中显示为位置A和B的两个位置之间活动。将注意到，区域329、327、325围绕活动刷毛350集合的周边限定。这些区域不包含任何刷毛，尤其不包含任何静止刷毛360。如前面图2所示，刷毛载体352，以及活动刷毛350，优选地在位置A和B之间往复运动。位置A邻近牙刷头部320的最远端322。
图13图示说明根据本发明的牙刷900的另一个优选实施方案牙刷头部920。在该实施方案中，静止刷毛集合960位于围绕活动刷毛集合950的牙刷头部220的相对区域。具体地讲，静止刷毛960位于沿牙刷头部920的侧面的位置。区域925和927在多组静止刷毛之间限定，优选地如图13所示。活动刷毛950沿活动刷毛载体952支承和保持。活动刷毛载体952可在图13所示的位置A和位置B之间活动。如前面图2所示，刷毛载体952，以及活动刷毛950，优选地可在位置A和B之间往复运动。位置A邻近牙刷头部920的最远端922。
将注意到，优选的刷毛构型基于一般位于牙刷头部的中间区域或内部的活动刷毛，而静止刷毛至少部分地围绕设置在中间的活动刷毛。本文对此作了更详尽的说明。
对于某些应用，优选的是静止刷毛围绕活动刷毛集合周边或边周的100％。在其他应用中，优选的是静止刷毛围绕活动刷毛周边的约75％至约100％或沿活动刷毛周边的约75％至约100％延伸。在其他应用中，优选的是静止刷毛沿活动刷毛周边的约50％至约75％延伸。在其他应用中，优选的是静止刷毛沿活动刷毛周边的约25％至约50％延伸。并且在其他应用中，可能优选的是静止刷毛在活动刷毛的周边周围延伸小于25％。如所述，静止刷毛优选地沿活动刷毛集合的外周边的至少一部分延伸。对于某些实施方案，静止刷毛不必要连续地围绕活动刷毛组的周边延伸。即，本发明包含这样的刷毛构型，其中静止刷毛间歇地沿着或围绕活动刷毛集合的外周边延伸。
术语“完全环绕(或环绕)”，“基本环绕(或环绕)”，“部分环绕(或环绕)”，和“部分围绕(或围绕)”在本文中用来指静止刷毛的特定构型和它们相对于活动刷毛的相对位置。术语“完全环绕”是指这样一种构型，其中静止刷毛完全环绕活动刷毛的周边或位于完全围绕活动刷毛周边的位置。将理解，当静止刷毛被描述为围绕活动刷毛或沿活动刷毛的周边或其部分延伸时，在单独刷毛或多组刷毛之间可能存在微小或相对较小的空间。这些空间仅在典型刷毛的1至10直径的范围内。“基本上环绕”是指这样的一种构型，其中静止刷毛沿活动刷毛的周边的至少80％延伸。具体地讲，基本上围绕包括这样一种构型，其中静止刷毛沿活动刷毛的周边的80％或更多，90％或更多，或95％更多延伸。术语“部分环绕”是指这样一种构型，其中静止刷毛沿活动刷毛的周边的一部分延伸，并且优选地，沿小于沿该周边的距离的80％的一部分延伸。术语“部分围绕”是指这样一种构型，其中静止刷毛部分围绕，和不完全或不整个围绕活动刷毛。
如所述，活动刷毛载体可经历各种各样的运动。例如，活动刷毛载体可经历角运动、线性运动或曲线运动。刷毛载体的运动可以是恒定的或周期性的。通常，活动刷毛载体的优选运动是周期线性运动或往复运动。
活动刷毛载体可以呈各种不同的形式和形状。活动刷毛载体的形状优选是椭圆形，如通常所参考的图例如图2-5中所示。通常优选的是，活动刷毛载体是细长形状，更优选椭圆形状，最优选具有在长度对宽度尺寸的多种比率范围内的比例。最优选地，活动刷毛载体呈椭圆形状，并且长度(如沿其椭圆形状的长轴测量)与宽度(如沿其椭圆形状的短轴测量)的比率为约4∶1至约1.2∶1。活动刷毛载体的宽度(还是沿其椭圆形状的短轴测量)，在沿牙刷头部的那个位置接近牙刷头部的宽度。对于其中刷毛载体为椭圆形和其中刷毛载体以往复方式移动的本发明的实施方案来讲，载体的方向应使得运动一般在与椭圆形状的长轴平行的方向上发生。优选地，活动刷毛载体的宽度为牙刷头部宽度的约50％至约90％，最优选地为约60％至约80％。
参考图6，现在将描述牙刷400的头部420的另一个优选实施方案。头部420包括一个内刷毛载体452，其可滑动地安装在沿头部420限定的狭槽中。内刷毛载体452支承和保持多个活动刷毛450。内刷毛载体452在与头部420的纵轴相同的一般纵向上往复传动。内刷毛载体452和刷毛450优选至少部分地被一列如图6中虚线所示的静止刷毛围绕。牙刷400包括一个电动马达(未示出)和一个传动机构，其传动轴在图6中标示为轴460。与轴460啮合的凸轮470可操作地将轴460与内刷毛载体452互连在一起。可任选地，轴460可由轴支承件465支承。轴支承件465可包括接收轴460的C或U形部分(未示出)。用于将轴460保持在支承件内的其他部件在本领域是已知的。凸轮470可包括成型元件或凸缘，其具有适当的偏心构型，被置于或铸模在或牢固地固定在轴460上。一种布置是，凸轮470为圆柱体形状，并带有一对锐角表面472、473。这两个表面在相同的方向上倾斜并具有相同的倾斜角度，但设置在凸轮470的相对两端。换句话讲，锐角表面472、473是由斜面穿过凸轮470的圆柱体形成的。倾斜的方向和角度可根据需要改变，以改变内刷毛载体452的频率和冲程。第一和第二凸轮从动件454、456被提供，这两个从动件被固定到刷毛载体452的底部453上或从底部453延伸。凸轮从动件454、456被偏移或相互隔开，以使凸轮470设置在横跨和/或捕获凸轮470的从动件454、456之间。凸轮470的锐角表面472、473可滑动地与凸轮从动件454、456的自由端接合。当轴460旋转时，凸轮470的第一锐角表面472与第一凸轮从动件454的表面接触，并在一般与头部420的纵轴的方向相同的方向驱动凸轮从动件和因此驱动内刷毛载体452离开末端422。内刷毛载体452由纵向延伸的狭槽引导。随着轴460继续旋转，凸轮470与第一凸轮从动件454脱离。凸轮470的第二锐角第二表面473于是与第二凸轮从动件456的表面接触，并驱动第二凸轮从动件456，和因此驱动内刷毛载体452向头部420的末端422返回。
参考附图7和8，现在将描述适用于电动牙刷500的牙刷头部520的另一个实施方案。头部520包括一个可滑动地安装在头部520中限定的狭槽(未示出)中的内刷毛载体552。内刷毛载体552支承和保持多个刷毛550。内刷毛载体552在与头部520的纵轴相同的一般纵向上被往复传动。牙刷500包括一个马达(未示出)和一个传动机构，所述传动机构包括一个旋转的传动轴560。头部520从颈杆540延伸并具有一个最远端522。包括在轴560上的凸轮570可操作地将轴560与内刷毛载体552互连。可任选地，轴560可由轴支承件565支承。轴支承件565可包括接收轴560的C或U形部分(未示出)。用于将轴560保持在支承件内的其他部件在本领域是已知的。凸轮570可以在轴560中具有多个弯曲572、573的形式提供。弯曲可以是正弦曲线或曲线性质的，其在于每个弯曲具有一个或多个相邻的弓形部分。弯曲中的每一个都具有一个顶点，并且顶点设置在轴560的相对两侧。一个半球体状的凸轮从动件554从内刷毛载体552的底部表面553悬垂并设置在凸轮570的顶点之间。当轴560旋转时，凸轮570的表面576与凸轮从动件554的第一表面555接触，并在一般与头部520的纵轴的方向相同的方向驱动凸轮从动件554和因此内刷毛载体552离开末端522。随着轴560继续旋转，凸轮表面576与第一凸轮从动件表面555脱离。如图8所示，凸轮表面576然后与凸轮从动件554的第二表面556接触，并驱动凸轮从动件554和因此驱动内刷毛载体552向末端522返回。刷毛载体552的运动可通过改变顶点572、573的间距和/或顶点572、573的幅度、形状或高度，凸轮表面576的长度和倾斜度，和凸轮从动件554的表面555，556的倾斜度来改变。
参考图9，现在将描述用于电动牙刷600的牙刷头部620的另一个实施方案。头部620包括一个可滑动地安装在在头部620中限定的狭槽(未示出)中的内刷毛载体652。头部620包括一个远端622。内刷毛载体652支承和保持多个刷毛650。内刷毛载体652在与头部620的纵轴相同的一般纵向上被往复传动。牙刷600包括一个马达(未示出)和一个传动机构，所述传动机构包括一个旋转的传动轴660。包括在轴660上的凸轮670可操作地将轴660与内刷毛载体652互连。可任选地，轴660可由轴支承件665支承。轴支承件665可包括接收轴660的C或U形部分(未示出)。用于将轴660保持在支承件内的其他部件在本领域是已知的。凸轮670可以圆柱体形的部件674的形式提供，其被置于或铸模或牢固地固定在轴660上。
如图10所示，凸轮670包括一个螺旋状凹槽672，该凹槽沿圆柱体形的部件674的外表面限定。螺旋状凹槽672优选地围绕部件674的周边延伸并围绕部件674的纵轴螺旋，所述纵轴可以例如与轴660的纵轴重合。凸轮670赋予凸轮从动件654(如图9和10所示)的运动的冲程和频率可以通过改变凹槽672的形状和尺寸来改变。例如，在部件674中限定的凹槽672可提供内刷毛载体652的一个完整的冲程(即，一个离开又返回头部622末端的循环)，使轴660完成一次旋转。
图11图示说明了可供选择的凸轮770，其具有一个以8字形提供的螺旋凹槽772。对于轴760的一个旋转，这将仅提供一个半冲程(即，仅朝向或背离牙刷头部末端平移)。凸轮从动件754设置在凹槽772内并与活动刷毛载体接合。
返回图9和10，凸轮从动件654从内刷毛载体652的底部表面653悬垂。凸轮从动件654可滑动地接收在凹槽672内。当轴660旋转时，螺旋凹槽672的第一表面675，如其侧壁，与凸轮从动件654的第一表面接触，并驱动凸轮从动件654和因此在一般与头部620的纵轴相同的纵向方向驱动内刷毛载体652离开牙刷头部620的末端622。随着轴660继续旋转，凸轮从动件654到达螺旋凹槽672的顶点，并且螺旋凹槽672的第一表面675与凸轮从动件654脱离。凹槽672的第二表面676，如凹槽672的相对侧壁，然后与凸轮从动件654接触，并驱动凸轮从动件674和因此驱动内刷毛载体652向牙刷头部620的末端622返回。
本文所述的各种往复刷毛载体也可利用提供转动轴的传动机构。此外，应理解的是，其他马达和往复或旋转的轴布置可以被取代。例如，美国专利5,226,206；5,524,312；5,383,242；5,465,444；5,504,959；5,836,030；4,845,795；5,404,608；5,359,747和5,617,601公开了其它可能适合的马达和往复轴装置，这些专利的内容引入本发明作为参考。此外，图9的电动牙刷还可能具有一个可置换的头部。一种适用于本发明的适合的设置公布在2001年5月7日提交的美国专利09/850,662中，该专利的内容引入本文以供参考。与此类似，2002年4月3日提交的美国专利10/114,780和2002年4月22日提交的专利10/128,018中公开的传动机构也考虑用于本发明，这两个专利均引入本发明以供参考。
使用往复传动轴的另一个优选实施方案牙刷在图12中说明。图12图示说明电动牙刷800，其包括牙刷头部820、主体或柄部830和在头部和主体之间延伸的细长颈杆840。传动系包括将运动从马达传送到内刷毛载体852上的各种不同的轴和齿轮，所述传动系与美国专利6,178,579中描述的传动系类似，该专利中的内容引入本文以供参考。柄部830是中空的并且包括一个马达802和用于给马达提供动力的电池(未示出)。可用一个可再充电电源取代电池。头部820具有从中延伸的纵轴。纵轴在与轴860的纵轴一般相同的纵向上延伸。内刷毛载体852沿头部820设置，其中末端822位于头部820的最远点。尽管内刷毛载体852优选为椭圆形，但也可以采用其它形状。此外，尽管内刷毛载体852被设置在头部820的末端822附近，但应该理解的是，载体852可远离末端822设置，并且其它部件，例如静止刷毛，可以围绕内刷毛载体852的周边的至少一部分设置。在该实施方案中，内刷毛载体852仅进行往复运动而不摆动，或执行任何其它的旋转运动或摆动运动。
第一齿轮804被可操作地连接到马达802上并由其提供动力。第二齿轮806被可操作地连接到第一齿轮804上。第二齿轮806的转动轴近似垂直于第一齿轮804的转动轴，使得第一齿轮804的轮齿与第二齿轮806的轮齿啮合，从而引起第二齿轮806随第一齿轮804的旋转而旋转。
第一悬臂808通过一个销钉810或其它紧固装置被偏心地和可绕枢轴转动地连到第二齿轮806上。由于偏心连接的缘故，第二齿轮806的旋转运动被转换成第一悬臂808的往复运动。第二悬臂812通过销钉814或其它紧固装置被可绕枢轴转动地连接到第一悬臂808上。轴860通过例如压力配合被牢固地固定到第二悬臂812上。轴860至少部分被封装在颈杆840内。轴860也与第三悬臂816接合。第三悬臂816在其终端通过一个销钉818或其它紧固装置被连接到内刷毛载体852上。第三悬臂816的终端偏离轴860的纵轴，使得其被定住在内刷毛载体852的外周边附近。这种偏置设置将第三悬臂816的往复运动转换成内刷毛载体852的往复运动，其中内刷毛载体852绕近似平行于轴860的轴线往复运动。
虽然为简单起见图示说明了本发明的各种不同的牙齿头部实施方案的几簇或几组刷毛在基本垂直于头部(它们自头部延伸)的纵轴方向上延伸，但也设想到了刷毛具有另外的排列以补充或进一步增强静止刷毛或活动刷毛的运动。某些或全部刷毛可在与刷毛载体的顶部表面成锐角的方向上延伸并可向前或向后延伸。在另一个实施方案中，某些刷毛可远离头部向外延伸，在另一个方向上再次与刷毛载体的顶部表面形成锐角。也可使用弹性顶端或按摩型刷毛或具有不同高度的刷毛，例如在美国专利330,286和434,563中所描述的，其内容引入本发明作为参考。其它优选的适于使用的刷毛排列包括那些全部或部分在美国专利6,006,394；4,081,876；5,046,213；5,335,389；5,392,483；5,446,940；4,894,880中和国际公开WO99/23910中所描述的那些刷毛排列；其内容引入本文以供参考。
本发明的电动牙刷可具有刷毛或弹性顶端类型、尺寸、组合、角度和排列的任意组合。刷毛簇可具有交替的高度。所谓“簇”在本文中是指一组一根或多根在一个共同点固定到牙刷上的刷毛。在其它实施方案中，多个高的簇和多个矮的簇沿着牙刷头部设置。高簇和矮簇的长度差异在一个实施方案中为约0.5mm至约2.5mm，在另一个实施方案中为约1mm至约2mm。高的和矮的刷毛簇可具有不同的特性。例如，高刷毛簇可以相对柔软，用于温柔地清洁和按摩使用者的齿龈，而矮刷毛簇可稍微硬一些，用于齿间清洁(或反之亦然)。这种排列在较短的(并且典型地较硬的)刷毛接触使用者的牙齿和齿龈之前，使较长的(并且典型地较软的)刷毛能够贴紧、弯曲和紧靠使用者的齿龈挠曲。因此，可对软的刷毛施加较大的力而对较硬(并可能不太舒适)的刷毛施加较小的力。
在一个特定的优选实施方案中，本发明提供了一种刷毛构型，其中活动刷毛，即由活动刷毛载体支承和固定到活动刷毛载体上的刷毛，具有小于静止刷毛长度的总刷毛长度，所述静止刷毛至少部分地环绕或沿活动刷毛载体和固定到载体上的刷毛延伸。该优选的刷毛构型的一个进一步变型的特征在于活动刷毛载体，所述活动刷毛载体稍稍高于头部的外表面，使得活动刷毛的远端大约具有与自头部的外表面延伸的较长的静止刷毛相同的高度。一般来讲，通过利用具有相对较短长度的活动刷毛，活动刷毛载体的距离和冲程(当经历往复运动时)小于使用较长刷毛时的距离和冲程。较短的冲程通常导致电源需求降低，这是有益的，因为其降低了电池需求，这继而还可能提高所得牙刷的制造性和适销性。此外，通过对于活动刷毛使用较短的刷毛，对于静止刷毛使用较长的刷毛，静止刷毛承担了更大比例的刷洗载荷。这通常进一步降低了牙刷的传动机构和传动机构对电力的需求。
已发现，刷毛刚性也是一个影响牙刷功效、本文描述的优选牙刷的电力需求和牙刷总体性能的参数。对于刷毛的长度和高度，这是一个要考虑的非常重要的参数。例如，对于某些应用，优选地在活动牙刷头部部件上利用较硬和较短的刷毛，以便降低牙刷头部部件的行进距离。
刷毛共同具有的刷毛刚性的特征用数字表示于以下公式：
Figure A0381368400211
其中；
D＝刷毛直径，以英寸表示
E＝刷毛材料润湿后的弹性模数，
例如，对于尼龙此为一个常数，3,171,588kPa(460,000psi)
X＝牙刷整个头部上的平均刷毛长度，以英寸表示
N＝牙刷头部上的刷毛总数
由上述公式确定的本发明的牙刷的刷毛刚性优选地在约0.2至约0.8的范围内。然而，本发明的电动牙刷也可利用刚性值在此优选范围之外的刷毛。
初始刚性计算，
对于单个的刷毛是对挠曲单根刷毛所需的最小的力产生的压力的测量，该测量依据The Stiffness of Toothbrushes，D.W.MacFarlane，Brit.Dent.Jour.，1945年10月5日，其在此引入本文以供参考。刷毛刚性通过将该单根刷毛刚性值乘以牙刷头部上的刷毛的总数得出。上式分母中使用的因数1×106是一个随机选择的常数，其将总的刷毛刚性值降低到一个合理的小数字以便于比较。刷毛刚性的详细讨论可参考美国专利5,511,275，该专利引入本文以供参考。
从上述公式中可以看出，一般情况下可通过增加刷毛的数量来增加刚性。将该公式应用于单簇刷毛则意味着，可通过增加或减少该簇内刷毛的数量，即簇密度，来定制单簇刷毛的刚性。该技术可被用于方便地提供具有独特和可选择定制的刷洗特性的牙刷头部刷毛构型。
本文中描述的优选实施方案牙刷的另一个方面涉及刷毛或簇密度，并且尤其是与刷毛大小和材料组合。适用于本文的刷毛可以使用本领域已知的任何材料制造。本文中的适合的刷毛材料包括聚酯和尼龙，如DupontTynex7 612和购自STP的Stylon7 612。适合类型的尼龙包括，但不限于Nylon 6/6、Nylon 10/10和Nylon 12/12。刷毛优选地为圆形横截面，但也可以为其他横截面，包括，但不限于，矩形、六边形和三室的。此外，刷毛的直径和长度可在本领域的技术人员已知的正常尺寸范围内变化。在优选实施方案中，刷毛为圆形横截面，直径为0.1至0.25mm，长度为7至15mm，优选9至12mm，并且每簇包括约10至约50根刷毛。本发明的牙刷头部中的刷毛的总数优选地为约1,200至约5,000，更优选地为约1,600至约3,500。在这种实施方案中，每簇通常为圆形且直径为约1至约2mm。也考虑到了在牙刷头部上一起利用具有不同直径或跨度的刷毛和/或刷毛簇。
可使用本领域已知的任何方法，如熔合、网衣装网法和喷射模塑法，将刷毛簇固定到牙刷头部。本文中的优选方法为网衣装网法和熔合法。每簇都有一个基座和一个自由端，所述簇的自由端形成用于清洁牙齿的工作表面。本文所用术语簇的“基座”是指簇与牙刷头部的面或活动刷毛载体的面交接的部分。应当理解，所述簇的部分从基座下面延伸进入牙刷头部或载体，其旨在将毛簇固定到头部或载体内。优选地，头部包括预模制的簇孔以便于以这种方式来承载簇的那部分。簇孔可以为任何截面，包括正方形和矩形但优选为圆形。本领域的普通技术人员将选择它们的厚度和直径来适合插入其中的毛簇。插入到公用毛簇孔中的刷毛被认为是固定到一个公用点并是相同簇的一部分。
牙刷头部的长度沿着牙刷的纵轴测量，并且一般是自牙刷头部的远端到头部上的一个位置，其在它们最接近柄部的基座的点处刚刚接触最靠近柄部的毛簇或一排毛簇。一般来讲，该牙刷头部长度在约15至约35mm，优选约20至约30mm的范围内。
最优选的是，活动刷毛载体上的刷毛或簇密度高于多个静止刷毛组或区域的刷毛密度。
本发明也提供静止刷毛的几个特别优选的构型。优选的构型利用在牙刷头部的指定区域内具体数目的排。已经发现，这些优选的构型能够降低设置在牙刷头部内部中的刷毛的负载和磨损，尤其是支承在活动刷毛载体上或由活动刷毛载体支承的刷毛的负载和磨损。图14图示说明用于设置在牙刷1000的牙刷头部1020上的一组静止刷毛的一个优选构型。在该特定构型中，至少一单排刷毛环绕或基本环绕牙刷头部的内部区域，即，其中设置有活动牙刷头部的位置。具体地讲，用于静止刷毛1060的各种不同的优选构型可通过将牙刷头部的不同区域称为区和在每一个这些区中描述静止刷毛的优选排列来方便地描述。图14图示说明牙刷头部1020，其具有一个位于中心的C区(其中有活动刷毛载体)并被D、E、F区和G围绕。D区和E区沿牙刷头部的侧面和相对两面限定。具体地讲，D区位于牙刷头部的第一侧面1031和C区之间。E区位于牙刷头部的第二侧面1033和C区之间。F区位于牙刷头部1020的第一和第二侧面1031和1033之间，牙刷头部1020的最远顶端或末端1022和C区之间。G区在牙刷头部1020的第一和第二侧面1031和1033之间，C区和颈杆1040之间限定。其中可能存在静止刷毛的每个区都可包含一定数量的排的静止刷毛，如下所示。在确定每个区优选包含的排的数目之前，定义静止刷毛的“排”具有指导意义。本文中一排刷毛被定义为一般沿一条线或某个方向延伸的一列或一组刷毛。D区中的排优选地在与侧面1031一般平行的方向上延伸。类似地，E区中的排优选地在与侧面1033一般平行的方向上延伸。F区中的排可以如下几个方式延伸。F区中的排可沿弧形或沿当侧面接近牙刷头部1020的远端1022时一般循着侧面1031和1033的曲线的其他曲线延伸。可供选择地，F区中的多个排可在一般垂直于牙刷头部1020和颈杆1040的纵轴的方向延伸。排的该后一优选构型描述于图14中。G区中的排可沿弧形或其他曲线延伸；例如沿循着C区的外周边的一条线延伸。可供选择地，G区中的排可沿一般与牙刷头部1020和颈杆1040的纵轴垂直的方向延伸。G区中的排的该后一优选构型描述于图14中，并且这样的排优选平行于F区中的排。
D、E、F和G区中的静止刷毛排的优选数量在0至4个或更多个的范围内。然而，多个排的某些优选组合根据本发明是尤其优选的。这些尤其优选的组合列于表1中：
表1
静止刷毛排的优选构型
  刷毛构型识别符           区中排的数量
    D     E     F     G
        a.     1     1     1-3     1
        b.     1     1     1-3     2
        c.     2     2     1-3     1
        d.     2     2     1-3     2
        e.     0     0     1-3     1
        f.     0     0     1-3     2
        g.     1     1     0     0
        h.     2     2     0     0
如前面所述，图13图示说明了静止和活动刷毛的优选构型。在该构型中，静止刷毛的多个排是沿着活动刷毛载体的相对两侧。在每个排内是多组或多簇刷毛。优选地，沿刷毛载体每一侧面的刷毛排的数量在1至6的范围内。最优选地，在活动刷毛载体的每一侧面上的排的数量为1或2-6。
图15图示说明如表1所示的优选的静止刷毛构型之一(刷毛构型识别符a)。具体地讲，图15描述了具有多个静止刷毛1160的牙刷1100的牙刷头部1120，所述多个静止刷毛以预定的数量和排的组合排列。应当理解，尽管图15中所述的排在F区和G区中显示为一般是直线的或线性的，但所述排也可遵循牙刷头部1120的外周边的形状或曲线，如沿侧面1131和1133的一部分延伸。
在毛簇的每个区内，相邻簇的基座之间的距离小于1.3mm，优选地为0.6至1.2mm，并且更优选地为0.8至1.1mm。如本文所述的簇的基座之间的距离是沿着在沿刷毛承载面的毛簇中心之间划的一条直线测量的簇边缘到簇边缘的距离。如本文所述的簇的自由端之间的距离是沿着在沿簇中心之间划的、平行于刷毛承载表面的一条直线测量的簇边缘到簇边缘、从较短簇的自由端的距离。除非另外具体限定，簇之间的距离是指相邻簇之间的距离。所谓“相邻簇”是指最靠近的簇。
相邻组中的相邻簇的基座之间的距离，即在不同组的整个间隙上测量的距离在约1.3mm至约5mm，优选约1.5至约3.5mm，更优选约1.7至约3mm的范围内。单个对的簇可以有些不同，但所有的对，其中每对的构件位于不同的组中，都将在它们的基座处具有至少1.3mm的间隔。
相邻组中的簇之间的相对大的距离使得不同组的簇能够相互独立地操作。即，来自一个组的簇基本上不会妨碍来自相邻组的簇。这尤其使得位于各组边缘的簇能够更好地伸入邻间的空隙或其它缝隙。不管如何，牙刷头部上的簇的相对高的总体密度由组内的簇之间的相对小的距离来维持。这尤其使刷毛具有对于单独牙齿表面的良好覆盖。
刷毛和簇的其他方面和参数描述在美国专利6,314,605中，该专利引入本文以供参考。
本发明的另一个实施方案示于图16和17中，该实施方案利用一个或多个弹性顶端。本文描述的电动牙刷的头部被图示说明。牙刷的剩余部分，包括柄部、马达等，与任一前述实施方案中描述的相同。如图16所示，头部1216包括一个纵轴L、一个圆形或活动部分或牙刷头部1220和静止部分或区域1222。头部1216邻近细长主体部分的第一末端1228。一个静止部分或多个部分1222位于活动部分1220的相对两侧。活动部分1220位于牙刷头部1216的中心。圆形部分1220围绕与牙刷头部的纵轴L大约垂直的轴线转动、旋转、摆动或往复运动。圆形部分1220可旋转360度或部分旋转或摆动或前后往复运动。
活动部分1220包括刷毛1224和弹性顶端1225。静止部分1222包括刷毛1226和弹性顶端1227。弹性顶端1225，1227在使用者刷牙的同时按摩齿龈。弹性顶端1225，1227可以由橡胶、软塑料或类似的材料制造。弹性顶端优选地由弹性材料制造。弹性顶端1225，1227基本垂直于头部1216延伸，其沿着纵轴L测量。在优选实施方案中，弹性顶端1225，1227围绕圆形部分1220和静止部分1222的周边，然而，应当理解，弹性顶端可位于活动部分1220和静止部分1222的刷毛中间的任何位置。弹性顶端1225，1227的长度与刷毛1224，1226的长度大约相同。弹性顶端1225，1227可在稍微高于、稍微低于或与刷毛1224，1226相同的高度延伸。
在另一个具有如图18和19所述的弹性顶端的电动牙刷的优选实施方案中，头部1386包括一个纵轴L，一个圆形或活动部分或牙刷头部1306，一个牙刷头部1302的静止部分，第一末端1304和第二末端1300。第一末端1304邻近细长主体的第一末端1382。第二末端1300与第一末端1304相对。活动部分1306优选位于牙刷头部1386的第二末端1300。静止部分1302优选位于牙刷头部1386的第一末端1304，邻近活动部分1306。然而，应当理解，活动部分1306和静止部分1302可以设置为不同的方向。活动部分1306可围绕近似垂直于牙刷头部1386的纵轴L的一条轴线旋转、转动、摆动或往复运动。
活动部分1306包括刷毛1310和弹性顶端1311。静止部分1302包括刷毛1312和弹性顶端1313。弹性顶端1311，1313在使用者刷牙的同时按摩齿龈。弹性顶端1311，1313可以由橡胶、软塑料或类似的材料制造。弹性顶端优选地由弹性材料制造。弹性顶端1311，1313基本垂直于头部1386延伸，其沿着纵轴L测量。在优选实施方案中，弹性顶端1311，1313围绕活动部分1306和静止部分1302的周边设置，然而，应当理解，弹性顶端可位于活动部分1306和静止部分1302的刷毛中间的任何位置。弹性顶端1311，1313的长度与刷毛1310，1312的长度大约相同。弹性顶端1311，1313可在稍微高于、稍微低于或与刷毛1310，1312相同的高度延伸。
本发明也基于电动牙刷的一体型主体或外壳的独特设计，所述电动牙刷包括一个整体的颈杆和牙刷头部装配件。一体型主体或外壳大大地简化了牙刷的装配件并降低了与牙刷相关的制造成本。本发明也提供了牙刷头部的新型模组化设计，该设计允许各种各样的刷毛组与牙刷联合使用。
参考图20，其图示说明了一个优选的实施方案牙刷1400。牙刷1400包括一个主体1480，一个头部1420和一个中间部分或一个颈杆1440，所述颈杆在主体和头部之间延伸并与主体1480和头部1420集成在一起。刷毛集合1450可活动地保持在头部1420上，所述刷毛集合支承在本文更详细地描述的活动刷毛载体上。设置在牙刷头部1420上的还有静止刷毛集合1460。优选地，静止刷毛1460围绕头部1420的周边延伸。静止刷毛1460支承和保持在头部1420上，或位于远处的的牙刷头部顶端上，如本文更详细地描述和图示。
图21是图20所示的优选实施方案牙刷1400的部分分解图。图21图示说明牙刷1400中利用的部件的优选装配和构型。具体地讲，牙刷1400还包括一个端盖或基座1482，其扣在或换句话讲可释放地固定到主体1480的末端。端盖或基座1482可具有各种不同的形状和构型。主体1480也可包括适于保持一个开关或其它致动器装配件1486的一个区域，用于控制优选地设置在牙刷1400的主体1480中的马达、电池，和传动系或机构(未示出)。该开关区域在图21中被图示为区域1484。开关或致动器1486被接收和保持在区域1484。主体1480提供一个中空内部腔体或腔室，其中设置有马达和传动机构。在启动之后，传动机构优选地提供一个在与牙刷1400的纵轴一般平行的方向进行往复运动的传动轴。参考图21中牙刷1400的牙刷头部1420，应当注意到，所显示的牙刷头部没有任何刷毛1450，1460(如图20中所示)。这样做是为了更清楚地图示说明牙刷1400的装配件。可以看到，牙刷头部1420的一个面被成形以便包括一个一般平坦的表面1422，该表面限定用于静止刷毛1460的多个安装位置或孔1424。优选地，该平坦区域1422和其多个孔1424围绕图21所示的牙刷头部1420的外周边延伸。最优选地，该平坦区域22以图21所示的U形延伸。沿着牙刷头部1420的内部或中间区域限定的是一个接收表面1425，其一般在两个向内表面1426和1427之间延伸。一般会确定由表面1425、1426和1427限定的槽的大小，以便如下所述接收部件1452和1430。
优选实施方案牙刷1400还包括一个活动刷毛载体1452，该载体在牙刷中安装和组装之后，沿牙刷头部1420和优选地在由表面1425、1426和1427限定的槽内保持。活动刷毛载体1452限定多个孔1454，如图21所示。刷毛载体1452也限定一个孔1453，该孔的大小适于接收销钉或其它元件以便与设置在牙刷1400的主体1480中的传动机构(未示出)和颈杆1440接合。本发明包括在活动刷毛载体1452和传动轴之间的其它接合，如但不限于扣合接合。
牙刷1400还包括一个牙刷头部顶端1430，在将头部1420上的活动刷毛载体1452装配完毕之后，该顶端也可沿着头部1420被接收和固定。固定牙刷顶端1430也限定多个适于保持多个静止刷毛1460的孔1434，如图20所示。
图22至24图示说明了将优选实施方案牙刷1400的活动刷毛载体1452和牙刷头部顶端1430与牙刷头部1420组装在一起的顺序。具体地讲，图22图示说明了优选实施方案牙刷1400的牙刷头部1420和颈杆1440。确定牙刷头部1420的方向以便接收活动刷毛载体1452。具体地讲，刷毛载体1452优选地滑动地接合在由牙刷头部1420中的表面1425、1426和1427限定的槽内。牙刷头部1420包括在头部1420的一部分和颈杆1440内限定的通路1428。通路1428提供牙刷头部1420和主体1480的内部和颈杆1440之间的路径。该通路1428适于封闭和保持传动机构的轴或其它部件。传动轴的远端(未示出)优选地固定到活动刷毛载体1452上，如通过在载体1452的孔1453处的连接。相应地，刷毛载体1452在头部1420上限定的槽内定向，使得孔1453邻近通路1428。如前面所述，可在刷毛载体1452和传动轴的远端之间利用扣合连接。
图23图示说明了可滑动地接合在优选实施方案牙刷1400的头部1420内的活动刷毛载体1452。在将活动刷毛载体1452接合在头部1420中后，牙刷顶端1430可沿着牙刷头部1420的远端固定。牙刷顶端1430也可优选地滑动地接合在头部1420内，更具体地讲接合在由表面1425、1426和1427限定的槽内。一个或多个保持凹槽或槽优选地沿顶端1430的外表面或沿由表面1425、1426和1427限定的槽限定，其中存在限定在相对表面上限定的向外延伸的突出，来将顶端1430固定在头部1420内。根据本发明，也可利用各种各样的槽构型。尽管槽和相应的槽部件用于协助将活动刷毛载体保持在牙刷头部上，也考虑到了使用其他的保持装配件。如前所述，本发明牙刷不限于活动刷毛载体的某个特定运动或运动方向。
图24图示说明沿牙刷头部1420的远端的顶端1430的最终组装。应当理解，这些图中的各种部件将包括刷毛1450、1460。这些图中省略了刷毛以便更清楚地图示说明牙刷1400的主要部件的装配和具体地讲图示说明沿牙刷头部1420的装配。还应当理解，牙刷头部顶端可具有各种各样的形状和构型。在某些情况下，提供弓形或U形的牙刷头部顶端可能是优选的。或者，形成的顶端应构成牙刷头部的较大部分。
应当理解，本发明包括这样的装配件，它们具有一个可释放的活动牙刷头部顶端，类似于所述的图中所示的顶端1430。活动顶端能够使使用者根据需要选择性地定制牙刷。例如，包含一个或多个弹性顶端、按摩构件、各种刷毛构型或其它牙科工具的顶端可连接到本发明的牙刷上。例如，可以使用专门设计用于将增白剂涂敷到牙齿上的顶端。其它实施例包括设计用于控制或移除牙垢的顶端，和设计用于进行齿龈按摩或其它治疗性处理的顶端。还考虑到的是，弹性顶端或“缓冲”顶端可与本发明牙刷一起提供或用于本发明的牙刷。这种弹性顶端完全或部分由热塑性弹性体形成。弹性顶端尤其优选结合到牙刷中，该牙刷利用一个或多个由弹性体形成的其它区域或部件。例如，本发明包括本文中描述的牙刷，该牙刷具有弹性顶端并在沿着柄部的抓握区域使用一个或多个弹性体，或作为沿着牙刷头部的“缓冲器”或缓冲区域。这种弹性体在形成牙刷时可共模注，或在其上面涂层。
牙刷头部顶端的可释放方面可以通过沿着牙刷头部的底部结合一个释放部件来提供，该部件当被压下或换句话讲被接合时，允许牙刷头部顶端被移除并用另一个顶端替代其位置。还设想到，可释放方面可通过使用一种工具或其它部件来可选择地从牙刷头部释放顶端来实现。这种工具可以同牙刷一起销售或换句话讲同牙刷一起商售。可供选择地或除此之外，这种工具可以同一个或多个顶端一起销售或换句话讲同牙刷一起商售，所述顶端作为与本发明牙刷一起使用的套件被销售。更具体地讲，这种套件可包括一个或多个下列部件并因此结合下列部件的任意组合：(i)一个或多个可置换的牙刷头部顶端，(ii)一个或多个牙刷，(iii)用于存储所有部件的包装或其它外壳，(iv)一个或多个工具，这些工具在置换或替代或换句话讲更换顶端时可能有用，和(v)一种或多种适用于顶端和牙刷的洁齿剂或其它组合物。还设想到，这种套件可包括适用于牙刷的电池，当牙刷未使用时用于保持牙刷的基座或其它“底座”，用于改变牙刷外观的可置换的柄部部件，和可以放置在牙刷上的装饰性粘贴标签或其它类型的标签，其底座，和/或套件外壳。
各种刷毛构型可与本发明的牙刷联合使用，尤其是利用可拆卸的或单独形成的牙刷头部顶端的那些实施方案。例如，可利用具有与活动刷毛的高度和长度相等的高度和长度的静止刷毛。可利用参考图中显示的、本文中描述的、或表1中注释的任何先前提及的静止刷毛和活动刷毛的构型。具体地讲，图25和26图示说明优选实施方案牙刷1400的牙刷头部1420和颈杆1440，所述牙刷具有设置在牙刷头部1420的远端的顶端1430上的静止刷毛集合1460和设置在活动刷毛载体1452上(载体1452用虚线表示)的活动刷毛集合1450。优选地，沿牙刷头部1420的活动刷毛1450的高度在图25中标示为尺寸C，该尺寸在约3mm至约14mm，优选在约7mm至约11mm的范围内。一般来讲，刷毛高度是刷毛的距离，该距离是从朝外的表面，即，典型地为其基座或安装部件的表面，到刷毛的末端或顶端测量的。刷毛安装部件的所述朝外表面在本文中通常称之为面向牙刷表面。尽管未在图25中示出，但应当理解，直接支承和保持在牙刷头部1420上的多个静止刷毛优选地围绕活动刷毛1450设置。应当理解，为了清晰起见这种静止刷毛未在这些图中显示(也未在图27-30中显示)。静止刷毛(围绕活动刷毛1450设置的那些和设置在顶端1430上的那些)的优选高度在约3mm至约14mm，优选在约7mm至约11mm的范围内。
也考虑到了提供具有不同长度的静止刷毛，尤其是其排列的方式能够提供倾斜的刷洗表面的静止刷毛。这示于图27至33中。本文所用术语“刷洗表面”是指在刷牙期间接触使用者的牙齿或齿龈的刷毛的远端或弹性顶端。
具体地讲，图27和28图示说明根据本发明的另一个优选实施方案牙刷1500的牙刷头部1520和颈杆1540。牙刷头部1520包括具有支承或保持在其中的多个活动刷毛1550(载体1552用虚线表示)的活动刷毛载体1552。牙刷头部1520也包括一个具有支承或保持在其上的静止或固定刷毛集合1560的顶端1530。应当理解，多个固定刷毛1560优选地围绕或至少部分地围绕活动刷毛1550。为了清楚起见，直接支承在牙刷头部1520上的刷毛的那部分未在图27中示出。顶端1530优选地包括固定刷毛1560，所述固定刷毛具有不同的长度并且其排列使得能够提供倾斜的刷洗表面。在提供如图27具体所示的倾斜的刷洗表面时，夹角A，即倾斜表面相对于颈杆1540和头部1520的纵轴的夹角，在约5°至约85°，优选约20°至约70°的范围内。最优选地，较长的刷毛邻近头部1520的远端设置。在图27中标示为尺寸D的活动刷毛1550的高度在约3mm至约14mm，优选在约7mm至约11mm的范围内。静止刷毛1560的高度在约3mm至约18mm，优选在约7mm至约11mm的范围内。静止刷毛1560和尤其是设置在头部1520的远端的那些静止刷毛的最大高度为约18mm。该尺寸在图27中显示为尺寸E。
图29和30图示说明了用于刷毛构型的另一个优选的构型。这些图说明了一个优选实施方案牙刷1600，该牙刷具有一个颈杆1640，一个牙刷头部1620，一个具有活动刷毛1650的活动刷毛载体1652(用虚线表示)，一个牙刷头部顶端1630，和静止刷毛集合1660，其位于设置在牙刷头部1620末端处的末端顶端1630上。在该实施方案中，位于顶端1630上的静止刷毛集合1660的排列使得能够提供倾斜的刷洗表面。在图29中标示为尺寸C的活动刷毛1650的高度在约3mm至约14mm，优选约7mm至约11mm的范围内。静止刷毛1660的高度在约3mm至约18mm，优选约7mm至约11mm的范围内。静止刷毛1660和尤其是设置在头部1620的远端的那些静止刷毛的最大高度为约18mm。该尺寸在图29中显示为尺寸G。图29和30中说明的实施方案与图27和28中说明的实施方案的不同之处主要在于，设置在牙刷头部顶端1630上的静止刷毛1660从顶端230的一端到另一端不象图27中的刷毛150那样发生线性的高度变化。换句话讲，图27中的刷毛150的远端限定的所得表面通常是直线的，而图29中的刷毛1660的远端限定的所得表面通常是弓形的。
还考虑到了在牙刷头部顶端利用各种刷毛构型，所述构型在如31至33所示的牙刷头部的整个宽度上提供不同的倾斜度和改变刷毛的高度。具体地讲，图31图示说明一个优选的实施方案牙刷1700，其具有一个牙刷头部1720和多个静止刷毛1760。当沿着与牙刷头部1720和颈杆(未在图31中示出)的纵轴相同的方向上观看时，刷毛1760提供一个倾斜的形成带夹角的凹陷的刷洗表面。优选地，由刷毛1760的远端形成的凹陷的每一侧是对称的并延伸，从而相对于垂直于牙刷头部1720和颈杆(未示出)的纵轴的垂直线形成夹角B。夹角B在约10°至约80°，优选约30°至约60°的范围内。
图32图示说明另一个优选实施方案牙刷1800，所述牙刷具有一个牙刷头部1820，所述牙刷头部具有从其延伸的多个静止刷毛1860。由刷毛1860的远端提供的曲线的或弓形的刷洗表面可以为凹形区域或表面的形式，如图32所示。
图33图示说明另一个优选实施方案牙刷1900，所述牙刷具有一个牙刷头部1920，和多个从其延伸的静止刷毛1960。刷毛1960可提供如所示的不规则的刷洗表面。
图34图示说明另一个优选实施方案牙刷2000的一部分。该牙刷包括一个牙刷头部2020，一个颈杆或中间部分2040，一个活动刷毛载体2052(用虚线表示)，一个牙刷头部顶端2030(用虚线表示)，和多个刷毛2050和多个弹性顶端2060。刷毛2050可包括活动刷毛、静止刷毛或两者，如本文所述。在使用者刷牙的同时，弹性顶端2060按摩齿龈。弹性顶端可以由橡胶、软塑料或类似的材料制造。弹性顶端优选地由弹性材料形成。弹性顶端基本垂直于牙刷头部2020延伸，这是沿牙刷600的纵轴测量的。在优选实施方案牙刷2000中，弹性顶端2060邻近牙刷头部2020的远端，并且最优选地沿牙刷头部顶端2030设置，如本文所述。然而，应当理解，弹性顶端可位于活动和静止刷毛中间的任何位置。弹性顶端2060的高度与刷毛2050的高度大约相同。弹性顶端2060可稍微高于、稍微低于或在与刷毛2050相同的高度延伸。
图35图示说明另一个优选实施方案牙刷2100，所述牙刷包括一个牙刷头部2120，一个活动刷毛载体2152(用虚线显示)，一个颈杆或中间部分2140。牙刷700包括多个刷毛2150和设置在牙刷头部顶端2130(部分用虚线显示)上的第二组刷毛2160。在该优选实施方案中，刷毛2150以簇组排列，其中每簇包含各种不同长度或高度的刷毛。不同高度的刷毛被排列在每簇内，以使刷毛的远端相对于牙刷头部2120的一般平坦的表面或面向牙刷表面形成一个斜面。优选地，该斜面相对于牙刷头部2120的平坦面形成一个夹角H。夹角H在约10°至约90°和优选约20°至约45°的范围内。
设置在牙刷头部顶端2130上的第二组刷毛2160优选地也以组或簇排列。刷毛2160的优选高度大约等于刷毛2150的最大刷毛高度。图35图示说明了一个本发明牙刷的尤其优选的功能，并涉及牙刷头部顶端2130的构型。牙刷头部顶端2130具有一个区域2132，所述区域具有相对大的厚度，使得其平坦的面向牙刷表面在载体2152的面向牙刷表面上方延伸。刷毛2150的区域的面向牙刷表面与刷毛2160之间的高度差异在图35中标示为尺寸P。优选地，P为约1至约5mm。
图36是优选实施方案牙刷2200的另一个图示，所述牙刷具有一个头部2220，一个活动刷毛载体2252(用虚线表示)，和一个颈杆2240。设置在牙刷头部2220上的是多个向上延伸的刷毛2250。牙刷2200也包括一个牙刷头部顶端2230(部分用虚线表示)，其设置在牙刷的远端并具有一个区域2232，所述区域在牙刷头部2220和载体2252的平坦的面向牙刷表面上方延伸。多个刷毛2250优选地被成形，使得当如图36所示以平面方式观看时，它们的最外顶端限定一个弓形刷洗表面，优选地具有一个如图36所示的公用半径，其用I表示。牙刷头部顶端2230包括凸起区域2232，所述凸起区域优选地形成以限定相对于牙刷头部2220和载体2252的平坦的面向牙刷表面的坡面。该斜坡夹角在图36中标示为夹角N。夹角N在约10°至约80°的范围内，优选为15°至45°。刷毛2260的高度可大于或小于刷毛2250的任何高度。图36中描述的刷毛构型是示例性的。
图37图示说明根据本发明的另一个优选实施方案牙刷2300。牙刷2300包括一个牙刷头部2320，一个活动刷毛载体2352(用虚线表示)，和一个颈杆2340。牙刷2300包括多个刷毛2350和设置在牙刷头部顶端2330(部分用虚线表示)的另一组刷毛2360。牙刷头部顶端包括一个凸起区域2332，该区域在牙刷头部2320和载体2352的面向牙刷表面的上方延伸。牙刷头部顶端2330的凸起区域2332的最外表面优选地以夹角K倾斜，如图37所示。夹角K可在约10°至约80°，优选15°至45°的范围内。刷毛2350也被特别地成形，使得它们的最外端或远端限定一个凹形的刷洗表面，优选具有一个公用半径J，如图37所示。刷毛2360的高度可大于或小于刷毛950的任何高度。然而，在某些应用中可能优选的是，排列刷毛2360使得它们的远端一般在与牙刷头部顶端2330的凸起区域2332的坡面平行的平面内延伸。该夹角M优选地与夹角K对应，并且因此可以在约10°至约80°，优选15°至45°的范围内。
图38是另一个优选实施方案牙刷2400，所述牙刷具有一个牙刷头部2420，一个活动刷毛载体2452(用虚线表示)，一个牙刷头部顶端2430(也用虚线表示)，和一个颈杆2440。牙刷2400包括多个刷毛2450，设置在牙刷头部顶端2430上的第二组刷毛2460，和多个弹性顶端2454。刷毛2450，2460的排列、高度和构型和弹性顶端2454可参照任何其它优选实施方案描述在本文中。
图39图示说明另一个优选实施方案牙刷2500，所述牙刷具有一个牙刷头部2520，一个活动刷毛载体2552(用虚线表示)，和一个颈杆2540。牙刷2500包括多个刷毛2550和多个弹性顶端2554，其优选地相互设置在相对的夹角。即，弹性顶端2554优选地以夹角0延伸，如图39所示。所述这组刷毛2550优选地在相反的方向但以相似的角度延伸。牙刷2500也包括多个刷毛2560，所述刷毛从牙刷头部顶端2530(部分用虚线表示)延伸。牙刷头部顶端也可包括区域2532，所述区域在牙刷头部2520的面向牙刷表面的上方延伸。该凸起区域2532可还提供一个弓形外表面，所述外表面可由一个公用半径如半径Q限定，如图39所示。刷毛2550，2560和弹性顶端2554的排列、高度和构型可参照任何其它优选实施方案描述在本文中。
图40图示说明另一个优选实施方案牙刷2600，所述牙刷具有一个牙刷头部2620，一个活动刷毛载体2652(用虚线表示)，和一个颈杆颈杆2640。牙刷2600包括一个牙刷头部预端2630(也用虚线表示)，其具有多个从其延伸的刷毛2660。另一组刷毛2650设置在牙刷头部2620上，具体地讲设置在活动刷毛载体2652上。在该优选实施方案中，刷毛2660的高度显著地大于刷毛2650的高度。如本文先前所述，刷毛2650，2660可以组或簇排列，其中某一特定簇中的刷毛可能具有不同的长度。
图41图示说明另一个优选实施方案牙刷2700，所述牙刷具有一个牙刷头部2720，一个颈杆2740，一个活动刷毛载体2752(部分用虚线表示)，一个从刷毛载体2752延伸的多个刷毛2750，和从牙刷头部顶端2730(用虚线表示)延伸的另一组刷毛2760。在该优选实施方案中，刷毛载体2752具有相对大的厚度，使得在刷牙期间其平坦的面向牙刷表面，比牙刷头部顶端2730的面向牙刷表面和牙刷头部2720的其它部分，一般高于使用者或更靠近使用者设置。延伸超过牙刷头部2720的相邻部分和牙刷头部顶端2730的刷毛载体2752的升高部分在图41中被标示为2745。对于其中刷毛2750和2760的远端或刷洗表面通常沿一个公用平面延伸的刷毛构型，刷毛2750的所得更短长度赋予那些刷毛增强的刚性。具有增加的厚度的区域2745的升高程度在图41中标示为R。R可在约1mm至约5mm的范围内。
图42图示说明另一个优选实施方案牙刷2800，所述牙刷具有一个牙刷头部2820和一个颈杆2840。多个刷毛2850设置在牙刷头部上并从刷毛载体2852(部分用虚线表示)延伸，所述刷毛载体相对于头部2820优选是可活动的。牙刷2800也包括另一个多个刷毛2860，所述刷毛从牙刷头部顶端2830(部分用虚线表示)延伸。在该优选实施方案中，刷毛载体2852的面向牙刷表面优选地是斜面的，更优选地是弓形的，最优选地是凸面的，如图42所示。在该表面是凸面的情况下，其进一步由半径S限定，如图42所示。刷毛载体2852的朝上的面向牙刷表面也优选地以如图42所示的尺寸T升高至高于牙刷头部2820的相对平坦的面向牙刷表面。尺寸T可在约1mm至约5mm的范围内。延伸穿过牙刷头部2820的邻近区域的刷毛载体2852的升高部分被指定为2845。牙刷头部顶端2830的面向牙刷表面优选地为弓形，更优选地为凹形。延伸穿过牙刷头部2820的邻近区域的刷毛载体2830的升高部分被指定为2832。刷毛2850和2860的排列、高度和构型可以相对于任何其它优选实施方案如同本文所描述。
图43图示说明另一个优选实施方案牙刷2900，所述牙刷具有一个牙刷头部2920，一个活动刷毛载体2952(部分用虚线示出)，一个牙刷头部顶端2930(用虚线示出)，和一个颈杆2940。刷毛集合2950从刷毛载体2952延伸。并且，另一刷毛集合2960从牙刷头部顶端2930延伸。刷毛2950优选地设置和保持在活动刷毛载体2952上。刷毛载体2952提供朝上的面向牙刷表面，所述表面在图43中被描述为凹形的。优选地，该凹形表面由一个公用半径U限定。延伸穿过牙刷头部2920的邻近区域的刷毛载体2952的升高部分显示为区域2945。刷毛2950和2960的排列、高度和构型可以相对于任何其它优选实施方案如同本文所描述。
图44图示说明另一个根据本发明的优选实施方案牙刷3000。牙刷3000包括一个牙刷头部3020和一个颈杆3040。牙刷3000包括多个刷毛3050，所述刷毛从活动地设置在牙刷头部3020上的刷毛载体3052(部分用虚线表示)处延伸。并且，牙刷3000包括另一组从牙刷头部顶端3030(部分用虚线表示)延伸的刷毛3060。刷毛载体3052的最外表面可被提供以使其具有一个或多个沿图44所示的凸起区域3045限定的坡面。这些斜坡可被维持以便刷毛3050的最远端镜像该相同的斜坡或另一个或不同的斜坡。类似地，刷毛3060的最外端也可反射牙刷头部末端3030的凸起区域3032的坡面。优选地，刷毛载体3052提供至少一个具有斜坡状面向牙刷表面的区域。该斜坡优选地沿图44中所示的夹角V延伸。夹角V优选地为约10°至约60°，更优选约20°至约30°。类似地，牙刷头部顶端3030优选地提供沿夹角V延伸的斜坡状面向牙刷表面。夹角W优选地为约10°至约45°。
图45是另一个优选实施方案牙刷3100，所述牙刷具有一个牙刷头部3120和一个颈杆3140。牙刷3100包括多个弹性顶端3162，所述弹性顶端从牙刷头部顶端3130(部分用虚线表示)延伸。牙刷3100也包括多个从活动刷毛载体3152延伸的刷毛3150。刷毛载体3152包含一个区域3145，该区域相对于牙刷头部3120的邻近区域凸起。类似地，牙刷头部顶端3130包含一个区域3132，该区域相对于牙刷头部3120的邻近区域凸起。刷毛载体3152和牙刷头部顶端3130的朝外的面向牙刷表面中的一个或两个可以为平面、斜坡、弓形、凸形或凹形。此外，刷毛3150和弹性顶端3162的排列、高度和构型可相对于任何其它优选实施方案如本文所述。
另一个优选的刷毛构型类似于图36和45中所示的构型，即，具有一个内部刷毛组，这些刷毛在邻近刷毛的“上面”延伸或具有比邻近刷毛更高的高度，然而特点在于一个梯状或平坦构型。在这种构型中，刷毛高度的变化不是渐进的或如图36和45所示那样变化，而是梯状的。也就是说，设置在较高的中间设置的刷毛周围的较短刷毛的高度变化非常突然。这两组之间的高度差异为约0.5mm至约3mm，更优选为约0.75mm至约1.5mm。
参考本文图示说明和描述的各种刷毛载体，可以看出，在本文中一般称之为面向牙刷表面的载体的朝外表面的轮廓或构型，可以呈各种不同的形式和形状。一个尤其优选的形状是凹面形状(当从其侧面观看时，并且其侧面一般沿与牙刷的纵轴相同的方向延伸)。凹面形状提高了在刷牙时可能使用的洁齿剂或抛光材料的保持。同样，凸出表面提高了洁齿剂在沿牙刷头部的刷毛区域内的分散。最优选地，根据本发明的刷毛载体利用一个非平面的面向牙刷表面。
牙刷头部设计的另一个感兴趣的方面是沿刷毛载体。牙刷头部顶端和牙刷头部的刷毛的选择、放置和构型。一般来讲，刷毛或刷毛簇的刚性随着刷毛长度的降低而增加。因此，刷毛刚性可通过更改主题刷毛的长度来改变。当提供具有非平面的面向牙刷表面的刷毛载体时，这是一个要考虑的重要特征。应当理解，刷毛刚性将在沿刷毛载体的不同位置变化，这是由于从其延伸的刷毛的长度或高度会变化。可供选择地，具有相同高度的刷毛的刚性将是一般相同的。本发明包括刷毛载体形状和构型的各种不同组合；以及刷毛长度、材料，和构型。许多这些优选的构型已经示例在参考的图中。此外，在一些实施方案中，优选的是利用刷毛的直径和/或活动刷毛载体上刷毛簇的相应直径，所述直径大于设置在牙刷头部顶端上的刷毛或刷毛簇的直径。在另一个实施方案中，也希望利用小于顶端上的相应刷毛/簇的载体上的刷毛/簇的直径。
图46和47更详细地图示说明了根据本发明的优选实施方案牙刷3200的优选牙刷头部3220。牙刷3200包括一个牙刷头部3220和一个与牙刷头部集成并从其延伸的颈杆3240。牙刷3200还包括一个限定多个洞或孔3254的活动刷毛载体3245，所述洞或孔适于接收和保持刷毛或刷毛簇(未示出)。刷毛载体3245提供一个朝外的面向牙刷表面3252。沿相对面限定的是一个下表面3253。一个接收孔3254也沿下表面3253限定，并且其大小应适于接收和接合活动传动轴3205的远端3206。将理解的是，传动轴3205在颈杆3240内往复运动并赋予刷毛载体3245一种类似的往复类型的运动。牙刷3200也包括一个牙刷头部顶端3230，该顶端限定一个朝外的面向牙刷表面3232和一个或多个孔3234，所述孔适于接收和保持刷毛或刷毛簇(未示出)。牙刷头部3220也可限定一个或多个沿头部3220的刷洗面的孔，如在头部3220的区域3222中限定的孔3224。
尽管图47中所示的用于将刷毛载体3245与轴3205接合的装配件是一般优选的，即，使用接收在孔3254中的有凹口的远端3206，但也可利用将活动刷毛载体与传动轴接合的其它装配件。例如，本发明包括使用销钉或其它紧固件将传动轴固定到载体上的接合装配。可供选择地，其它装配件可用作扣合连接、可释放的接合装配，和不可释放的装配。用于接合装配的部件的材料可以是聚合物、金属或具有适当强度和耐久性特性的任何其它材料。
图48是根据本发明的一个优选实施方案牙刷3300的部分分解图。优选实施方案牙刷3300包括一个主体或外壳3312和一个端盖3320。主体3312基本上是一个一体式主体，其具有一个主要部分，该主要部分包括一个颈杆3316和一个末端3318，和一个从颈杆3316延伸的牙刷头部3314。优选地，牙刷头部3314，颈杆3316，和主体3312一般是连续的并相互集成在一起。主体3312和颈杆3316及头部3314的部分限定一个中空内部区域，该区域接收有一个传动机构。主体3312的主要部分也限定一个凹陷区域或一个或多个沿其外表面的孔，所述凹陷区域或孔接收一个用于操作本文中更详细描述的电动牙刷的传动机构的电开关(未示出)。一个护盖3313优选地适装在该凹陷区域内。端盖3320包括一个封闭端3322和一个相对的开口端3324。开口端3324的大小应适于接合和一般密封外壳3312的末端3318。一个O形环或其它密封构件3319可用于外壳部件的末端3318和3324的界面处。
优选实施方案牙刷还包括一个具有传动轴3352的传动马达3350。马达3350是一个直流电马达，其类似于本领域的技术人员已知的马达，并包括各种开关电路和电池或其它电源(未示出)。这些部件接收和保持在中空内部区域内，该区域在主体3312中限定和可任选地在封端3320内限定。传动齿轮3354与传动轴3352啮合。提供了一个马达下盖3330。也可以提供一个马达上盖3340，其与马达下盖3330一起通常将马达3350接收、保持和固定在外壳3312和盖3320内。马达下盖3330分别包括内和外传动轴支承件3332和3334。马达下盖3330也包括一个底座或孔3336，用于接收用于在本文中更详细地描述的传动齿轮的盖或轴3358。马达上盖3340包括一个内传动轴支承件3342和一个传动轴外壳3344，其优选地接合内安装3342和可任选地马达下盖3330的外安装3334。马达上盖3340附加包括多个接合支腿3346，所述支腿优选地接合马达下盖3330以接收设置在两个装配件之间的马达3350。将理解的是，除了使用马达上下盖外，也可以使用一体盖或保持结构。
传动齿轮3354与冠齿3356接合。冠齿3356在其中心3357处被轴或枢轴元件3358可旋转地支承。冠齿3356包括一个偏移接合构件3355，传动轴3360的小齿轮末端3362连接在该偏移接合构件上。传动轴3360包括所述的小齿轮末端3362，该末端包括一个接收孔或用于与偏移构件3355接合的其它接合构件。传动轴3360还包括一个远端3364，该远端用于接合和因此传动本文中更详细地描述的活动刷毛载体。传动轴3360在外壳3312的内部中空腔体内延伸并优选地穿过颈杆3316的至少一部分。传动轴3360的远端3364与刷毛载体3370接合，如下所述。末端3364可通过牙刷头部3314中的孔接触。
优选实施方案牙刷3300还包括一个活动刷毛载体3370，该载体在优选实施方案牙刷3300中组装之后，沿牙刷头部3314往复运动。优选地，活动刷毛载体3370在沿牙刷头部3314限定的槽3311内往复运动，并且最优选地在与牙刷3300的纵轴平行的方向上往复运动。沿刷毛载体3370的底面设置的是脊形构件3372。该脊形构件3372被成形为在槽3311内移动并由槽3311保持。刷毛载体3370限定多个孔3374，在这些孔中设置有多个刷毛或刷毛簇(未示出)。刷毛载体3370包括一个第一末端3375，该第一末端在与牙刷头部3314组装后，优选地邻近区域或边缘3315设置，所述区域或边缘在主体或外壳3312的颈杆3316和牙刷头部3314之间限定。活动刷毛载体3370的相对末端是末端3376并且优选地为曲线形，如图48所示。
优选实施方案牙刷3300还包括一个固定刷毛载体顶端3380，该顶端限定多个用于保持刷毛或刷毛簇(未示出)的孔3384，一个接合或邻近活动刷毛载体3370的末端3376设置的第一末端3385，和一个沿顶端3380的底面设置的脊形构件3382。所谓的“固定的”是指载体顶端3380，一旦与牙刷头部3314组装和接合到一起，通常被固定到牙刷头部3314上并不会随刷毛载体3370移动。优选地，脊形构件3382以与刷毛载体3370的脊形构件3372类似的方式和构型确定大小。脊形构件3372和3382两者均优选地保持在牙刷头部3314中限定的槽3311内。
可利用一个或多个螺纹紧固件3390和3392来将主体3312固定到端盖3320上。将理解的是，也可利用其它技术或部件来将外壳组装到一起。
在操作优选实施方案牙刷3300后，在电源如电池和马达3350之间的电路被接通。本文提供了有关马达的电源和电操作特性的详细信息。传动齿轮3354的旋转引起冠齿3356的旋转。优选地，冠齿3356的旋转轴心与传动齿轮3354的旋转轴心垂直或横向。冠齿3356的旋转赋予传动轴3360一种往复运动，所述轴在在主体3312，颈杆3316和可任选的头部3314内限定的中空内部区域内延伸。传动轴的远端3364与活动刷毛载体3370接合，从而赋予载体3370一种相应的往复运动。
图49图示说明根据本发明的另一个优选实施方案牙刷3400。牙刷3400包括一个主体部分3412，一个颈杆部分3416和一个端盖3420。主体部分3412限定第一末端3418和相对末端3404，该末端优选地包括一个螺旋构件或螺纹区域。端盖3420限定一个封闭端3422和一个相对的开口端3424。确定开口端3424的大小并对其进行成形以便可释放地接合主体部分3412的末端3418。一个O形环或其它密封构件3419优选地用于末端3424和3418的界面处。颈杆3416包括一个末端3417和一个牙刷头部3414，其优选地在相对于末端3417的颈杆3416的末端集成。末端3417优选地包括可释放地接合在主体构件3412的末端3404处限定的螺旋构件的装置。牙刷头部3414优选地包括一个第一槽构件3411和一个孔3403，所述孔提供进入中空区域的通道，所述中空区域在牙刷头部3414和颈杆区域3416内延伸。一个任选的第二槽3402可以沿着牙刷头部3414限定，其进一步为本文中更详细描述的活动刷毛载体提供引导。引导壁3415优选地沿着牙刷头部3414限定，并可围绕牙刷头部表面的外周的一部分延伸。
优选实施方案牙刷3400还包括一个马达3450，所述马达提供电动传动轴3452。一个电气开关电路和电源，尽管未示出，优选地保持在主体3412和端盖3420内限定的中空区域内。马达下盖3430和马达上盖3440优选地将马达3450接收和保持在主体3412和端盖3420内限定的内部中空区域内。内部中空区域在颈杆3416内延伸并且可任选地在牙刷头部3414的一部分内延伸。马达下盖3430包括一个基座或孔3436，其用于接收用于本文更详细描述的传动齿轮的枢轴或轴构件3458。马达下盖3430包括所示的一个内传动支承件3432和一个外传动支承件3434。马达上盖3440包括一个传动支承件3442，该支承件优选地与马达下盖3430的内和/或外传动支承件3432和3434接合。传动外壳3444也被提供，其优选地接合马达盖3440。多个接合支腿3446优选地由接合下盖3430的马达上盖3440形成。如前面图48所述，应当理解可利用一体式马达护盖。
固定到马达3450的传动轴3452上的传动齿轮3454优选地与冠齿3456接合。冠齿可旋转地由轴或枢轴元件3458支承，其继而被接收在马达下盖3430的基座3436中。冠齿3456包括一个位于中心的引导构件3457和一个偏移构件3455。偏移构件3455与传动轴部件3461的小齿轮末端3462接合。传动轴部件3461包括一个末端3463，所述末端相对于小齿轮构件3462限定。还提供的是另一个传动轴构件3466，其包括一个末端3465和一个相对末端3464。末端3465优选地接合传动轴部件3461的末端3463。传动轴部件3466的相对末端3464优选地接合本文中更详细描述的活动刷毛载体。传动轴部件3466和3461优选地位于主体3412和颈杆3416的内部中空区域内。一个可释放的护盖3413优选地被沿在主体3412内限定的一个凹陷区域或一个或多个孔连接。护盖3413起开关的保护性外壳或护盖的作用，所述开关的位置可通过护盖3413被改变。
优选实施方案牙刷3400也包括一个活动刷毛载体3470和一个固定的刷毛载体顶端或末端3480。活动刷毛载体3470限定多个孔3474，所述孔用于接收和保持多个刷毛和刷毛簇(未示出)。刷毛载体3470包括一个第一末端3475和一个相对的第二末端3472。末端3475优选地成形和被确定大小以适配在沿牙刷头部3414限定的槽3411内并优选地具有与引导壁3415类似的构型。活动刷毛载体3470沿其底面也包括一个脊形构件3476，其大小被确定以接合沿牙刷头部3414限定的槽3411。传动轴部件3466的远端3464与刷毛载体3470接合。优选地，末端3464可通过在牙刷头部3414中限定的孔3403接触。
刷毛载体顶端3480包括多个孔3484，所述孔适于接收和保持刷毛或刷毛簇(未示出)。刷毛载体顶端3480包括一个第一末端3485，所述末端适于面对活动刷毛载体3470的末端3472和牙刷头部3414的引导壁3415。刷毛载体顶端3480还包括一个相对的末端3482并沿其底面进一步包括一个脊形构件183，以接合和位于沿牙刷头部3414限定的槽3411内。脊形构件3483优选地以与刷毛载体3470的脊形构件3476类似的方式成形。组装后，刷毛载体顶端3480被固定到牙刷头部3414的远端。
优选实施方案牙刷3400以与前文描述的优选实施方案牙刷3300类似的方式操作。马达3450和电源之间的电路接通或闭合之后，传动轴3452和传动齿轮3454将会旋转。这种旋转导致冠齿3456的旋转并赋予传动轴构件或部件3461和3466一种往复运动。传动轴部件3466和刷毛载体3470之间的接合赋予载体3470一种平移或往复运动。
已经发现，本发明牙刷，尤其是优选实施方案牙刷3300和3400，可利用惊人少的电量来操作。令人惊奇地，这些电动牙刷提供可与其它市售牙刷相比美的牙刷功效和性能。这些巨大的收益据信来自于一个或多个下列因素的组合：(1)在操作本发明牙刷期间，利用活动刷毛载体的平移或往复运动；(2)选择刷毛载体运动的程度，即，其“冲程”；(3)在牙刷中使用的马达的特定类型；(4)马达采用的操作速度；(5)本发明牙刷的传动机构中使用的马达传动齿轮和冠齿之间的齿轮齿数比；(6)传动机构中使用的部件的特定组装和相对少量的部件；(7)静止刷毛与活动刷毛联合使用；(8)沿牙刷头部使用的特定刷毛构型。
已发现，使用平移板来赋予多个刷毛运动的本发明的方法与目前所知的电动牙刷装配件相比，在降低电耗、操作电流和电压需求方面提供了显著的改进。例如，(i)受让人的使用摆动旋转头部的相对节能并非常流行的Crest7 Spin Brush7和(ii)根据本发明的平移或往复运动刷毛载体两者之间的比较试验得出了下列结果：
表2
    旋转头部     平移板
引发运动的电压(小于453g[11b.]载荷) ＞1.8V ＞1.28V
最大电流3.0V(小于453g[11b.]载荷) 0.8A 0.5A
表2中的数据说明，一个根据本发明的使用平移板或刷毛载体的优选实施方案牙刷与利用摆动或转头构型的销售量最大的成功的牙刷相比需要显著更少量的电压(大约28％)和更少量的电流(大约37％)。
根据本发明的高效传动机构的另一个方面涉及活动刷毛载体，如刷毛载体3370和3470的冲程长度。往复运动刷毛载体的运动的优选参数如下。优选地，往复载体的冲程长度为至少约0.5mm，更优选地为至少约1.0mm，更优选地为至少约1.25mm，最优选地为至少约1.5mm；和小于约5mm，更优选地小于3.5mm，更优选地小于2.5mm，和最优选地小于1.7mm。应当理解，本发明的传动机构可利用大于或小于这些不同的优选值的冲程长度。不受任何特定理论的约束，据信当冲程长度过长时将消耗过量的电力，即电池电力。并且，如果冲程长度过短，刷洗功效将被大大地降低。如前所述，刷毛载体运动的方向与牙刷的纵轴平行。
本文描述的优选实施方案牙刷中使用的马达优选地尤其适于为传动机构提供高效电源。可使用更少的绕组和将电压需求降低到约1.5伏来修改标准的马达。典型的标准马达显示具有的一般最大电流特性如下：在无载荷状态下，需要约1.06安培的电流；在负载状态下，需要至少1.0安培的电流。本文描述的电动牙刷实施方案中使用的优选实施方案马达在无载荷状态下，需要小于0.3安培的电流；在负载状态下，需要大约0.4至约0.6安培的电流。所指“载荷”为在刷牙期间当操作本文描述的优选实施方案牙刷时施加在马达上的典型操作负荷。
本文描述的优选实施方案牙刷中使用的马达的优选运转速率在约1500rpm至约3500rpm的范围内，最优选地约2500rpm。2500rpm的转速每分钟提供约1250个冲程循环，这是当利用本文描述的优选实施方案传动机构时在往复循环刷毛载体处测得的。这些运转速度相对于接合传动机构的马达给出的，然而，刷毛载体上没有施加任何刷洗载荷。应当理解，在对马达施加载荷后，马达的速度可被降低约30％至约35％。这些值是估计，运转速度的降低程度取决定于多种因素。
马达运转速度和刷毛载体冲程速度的这种关系是接合到马达的传动轴的传动齿轮(如图48中的传动齿轮3354或图49中的传动齿轮3454)和冠齿(如图48中的冠齿3356或图49中的冠齿3456)之间的优选齿轮比率的指示。传动轴在偏移构件处接合在冠齿上。优选的比率为约1∶1至约3∶1，最优选地为约2∶1。因此，以此最优选的比率，马达传动轴每旋转两次，冠齿将旋转一次。已发现，所述2∶1的优选的齿轮齿数比可提供在刷毛载体处测量的运动范围和速度的希望的组合，以提供优异的刷洗特性和可接受水平的电量消耗。
本文中描述的优选实施方案传动机构中使用的冠齿是尤其可取的，这是因为那种类型的传动部件及其在参考图中显示的方向需要相对少的部件并且由于所得的传动机构的总体体积小，允许利用相对小的外壳。本文描述的传动机构中使用的优选冠齿利用约8或10至约40个齿轮齿。最优选地，冠齿具有约20个齿轮齿。对于给定的尺寸和冠齿的应用，这属于相对少量的齿。这导致棕色齿轮的齿轮齿具有相对高的轮廓。相应地，本发明的优选的冠齿利用偏移构件，所述偏移构件必须在超过齿轮齿的高度上延伸。这是必要的以便为冠齿的齿轮齿提供足够的间隙。冠齿被可旋转地由轴支承，所述轴具有一个高度以使与偏移构件接合的传动轴与刷毛载体对齐。部件的该特定排列和组合提供了一种利用少数部件的传动机构。部件的数量越少，运动的传递就越有效，组装和生产也就更容易。
参考图50，其显示了优选实施方案传动机构的一部分。提供了一个电动传动轴3552和一个固定到轴3552上的传动齿轮3554的马达3550与冠齿3556接合。冠齿3556在其中心3557被轴3558可旋转地支承。一个朝外延伸的偏移构件3555沿冠齿3556的外面3551提供。构件3555自冠齿3556的中心3557径向朝外设置。传动轴3560在其末端3562与偏移构件3555接合。传动轴3552和齿轮3554旋转后，冠齿3556绕轴3558旋转。该运动继而赋予传动轴3560一种往复运动。
图51是图50中描述的优选实施方案传动机构的一部分侧面正视图。图51图示说明优选实施方案传动机构的一个特征，即往复传动轴相对于冠齿的升高的方向。具体地讲，可以看到，冠齿3556的齿轮齿具有一个轮廓和显示为高度G的总体高度。偏移构件3555与传动轴3560接合，使得距离S被保持在轴3560和齿轮齿之间。最优选地，距离S也是保持偏移构件3555与设置在牙刷头部上的刷毛载体对齐所必需的距离。最优选地，传动轴3560是在之间延伸和接合那些部件的唯一传动部件。
如前所述，优选实施方案牙刷，尤其是本文描述的传动机构的另一个方面是利用了相对少量的传动部件。这在图48和49中的分解图中很明显。这种设计策略减少了传动部件之间的互连和接合数量，因此实现了传动部件的更直接的组装。这种方法大大地简化了组装，降低了总的生产成本，从而提供了一种商业可行性更大的消费品。
除此之外，静止刷毛与多个活动刷毛的联合使用还辅助降低了施加在往复运动刷毛载体上的总载荷。图52-54更详细地图示说明了该特征。图52图示说明了优选实施方案牙刷3600的一部分，所述牙刷包括一个牙刷头部3614，一个颈杆3616，一个活动刷毛载体3670，和一个末端部件3680。活动刷毛载体3670支承和保持多个刷毛3650，所述刷毛在本文中被指定为活动刷毛。为了清楚起见，这些用虚线表示。末端部件3680支承和保持多个刷毛3662，所述多个刷毛在本文中被指定为固定刷毛。此外，牙刷头部3614支承和保持多个刷毛3660，其在本文中也被指定为固定刷毛，这些刷毛优选地沿活动刷毛载体3670的周边设置和设置在其上的刷毛3650。固定刷毛3662和3660也用虚线表示。
图52中所示的刷毛构型的重要性在于多个固定刷毛，即，刷毛3660和3662，基本围绕或部分围绕保持在活动刷毛载体3670上的活动刷毛3650。已发现，这种构型降低了在操作牙刷3600期间施加在刷毛3650和活动刷毛载体3670上的载荷。据信这种特性得益于固定刷毛3660和3662承受刷洗载荷的一部分，所述载荷本应该是施加在刷毛3650和载体3670上。在固定刷毛3660和3662与活动刷毛3650之间的载荷的分布由几种因素确定，这些因素包括但不限于：(i)固定和活动刷毛的相对高度，(ii)形成固定和活动刷毛的材料，(iii)由固定和活动刷毛的远端获得的刷洗表面的轮廓，(iv)固定刷毛和活动刷毛的的各自密度(或每单位面积的刷毛)，和(v)固定刷毛和活动刷毛的排列。通过调节这些因素中的一个或多个，可以减小在刷牙期间施加到活动刷毛载体上的载荷，方法是例如增加固定刷毛的相对高度或降低活动刷毛的高度。施加到活动刷毛载体上的载荷也可以通过增加设置在活动载体周围的固定刷毛的密度来减小。载荷也可以通过选择与活动刷毛相比对于固定刷毛显示具有高度刚性的特定材料来减小。
图53图示说明另一个优选实施方案牙刷3700，所述牙刷包括一个牙刷头部3714，一个颈杆3716，一个活动刷毛载体3770，支承和保持在载体3770上的多个活动刷毛3750，设置在牙刷头部3714上的第一多个固定刷毛3760，和设置在牙刷头部3714的末端上的第二多个固定刷毛3762。该牙刷实施方案3700利用一种刷毛构型，其中大量的固定刷毛，如3760和3762，被设置在活动刷毛3750周围，或基本上如此。应注意到，一组固定刷毛3762主要沿牙刷头部3714的末端设置。并且，另一组固定刷毛3760一般围绕活动刷毛载体3770的剩余周边延伸。已发现，这种排列能提供良好的刷洗功效和显著地减小施加到刷毛3750和因此刷毛载体3770上的刷洗载荷。
图54图示说明另一个优选实施方案牙刷3800，所述牙刷包括一个牙刷头部3814，一个颈杆3816，一个活动刷毛载体3870，支承和保持在其上的多个活动刷毛3850，多个一般围绕刷毛载体3870的周边延伸的固定刷毛3860。在该实施方案中，固定刷毛3860围绕刷毛载体3870的外周边的至少大部分延伸。优选地，刷毛3860连续地或，或基本上连续地围绕活动刷毛载体3870和设置在其上的活动刷毛3850延伸。没有必要将固定刷毛3860设置在一个邻近活动刷毛载体的与牙刷头部3814的远端相对的区域内。该区域在图54中显示为3864。已发现该特定刷毛排列能够提供良好的刷洗性能和显著地减小本会施加在刷毛3850和因此刷毛载体3870上的刷洗载荷。
图53和54也图示说明了沿它们的远端，如在刷毛载体顶端的区域中的不同刷毛密度的牙刷头部，如图48中的顶端3380。这些区域用虚线表示。图53中的虚线区域中每单位面积包含六个刷毛簇，而图52中每单位面积包含五个刷毛簇。
本发明提供的另一个重要方面是独特的接合装配，所述接合装配包括一个由电动牙刷马达驱动的齿轮和包括为一个或多个活动刷毛载体提供动力的传动轴。该接合装配有效地将齿轮的旋转运动转变为传动轴的往复运动。装配件以惊人地安静和平滑的方式操作和执行所述转换。
该优选的接合装配件示于图55-60中。图55图示说明一个优选实施方案装配件4000，所述装配件包括一个传动轴4100和一个齿轮4200。传动轴4100包括一个轴部分4110和一个远端，所述远端具有一个部分封闭的细长末端4120，该末端，如下文所述，提供独特的一组用于与齿轮4200的凸轮表面接合的表面。更具体地讲，图55图示说明一个椭圆形的孔4125，该孔在部分封闭的细长末端4120的中心区域内限定。部分封闭的末端4120包括一个端盖4122，所述端盖限定孔4125。围绕端盖4122的周边设置的是端壁4126。端盖4122和端壁4126一起提供一个部分封闭(未在图55中示出)，所述部分封闭接收传动齿轮4200的某些部件。
图55也图示说明装配件4000的优选齿轮4200。齿轮4200与图12中所示的齿轮806、图48中所示的齿轮3356、图49中所示的齿轮3456、和图50和51中所示的齿轮3556类似。即，齿轮4200的安装和功能与那些所述的齿轮的安装和功能类似。然而，齿轮4200利用凸轮表面的独特集合。具体地讲，齿轮4200包括多个围绕其周边设置的齿轮齿4210。一个传动齿轮如固定到电动马达上优选地与齿轮4200，和具体地讲与齿轮齿4210接合或耦合。一个圆形的中间基座4220沿齿轮4200的向外表面延伸和在齿轮齿4210的相对区域之间延伸。设置在基座4220上并从其向外延伸的是第一凸轮4230，所述凸轮提供一个围绕凸轮4230的周边延伸的圆形凸轮表面4232。从第一凸轮4230延伸的是第二凸轮4240。第二凸轮4240提供了一个围绕第二凸轮4240的周边延伸的圆形凸轮表面4242。应当理解，第二凸轮4240的中心与基座4220的中心和齿轮4200的中心重合。因此，在齿轮4200旋转后，如围绕图55中所示的转动轴A旋转，第二凸轮4240和基座4220围绕相同的轴线即轴线A旋转。第一凸轮4230的中心在图55中显示为轴线B，并与轴线A间隔开，并且优选地与轴线A平行。
图56是齿轮4200的顶部平面视图。图56图示说明第一凸轮4230和第二凸轮4240相互的排列，和齿轮4200的旋转中心A。也请注意，图56中标示为中心B的圆形第一凸轮的中心与中心(或旋转轴心)A间隔开。
图57是齿轮4200的侧面正视图。图57还图示说明齿轮齿4210，基座4220，第一凸轮4230和其凸轮表面4232，第二凸轮4240和其凸轮表面4242的构型和排列。
图58是装配件4000的部分横截面侧视图，其图示说明与齿轮4200接合的传动轴4100的细长末端4120。具体地讲，可以看到，第二凸轮4240设置在末端4120之内限定的孔4125内。并且，第一凸轮4230被末端4120封闭并接收在末端4120之内。优选地，第二凸轮4240的凸轮表面4242接合和接触限定孔4125的细长末端4120的表面的部分。并且，优选地，第一凸轮4230的凸轮表面4232接合和接触内部的部分，具体地讲沿细长末端4120的内部限定的内壁4122的部分。
图59图示说明底面，即，传动轴4100的细长末端4120的面向齿轮4200的基座4220的面。图59还图示说明内壁4122，当齿轮4200和传动轴4100接合以形成装配件4000时，第一凸轮4230的凸轮表面4232接合该内壁。图59也图示说明孔4125的方向。图59还图示说明两个尺寸S和T如下。
尺寸S是孔4125的最小跨度或入口尺寸。由于第二凸轮4240被接收在孔4125内，凸轮4240的直径应略小于尺寸S。可供选择地，尺寸S应略大于凸轮4240的直径。
尺寸T是椭圆形内壁4122的最小跨度或入口尺寸。由于第一凸轮4230被接收在一般由内壁4122限定的区域内，所以凸轮4230的直径应略小于尺寸T。可供选择地，尺寸T应略大于凸轮4230的直径。
图59也图示说明了末端4120内的孔4125的优选的方向。可以看到，描述为轴线D的椭圆形孔4125的长轴优选地平行于描述为轴线C的传动轴4100的轴部分4110的纵轴，并且最优选地与该轴共延。
图59还图示说明孔4125优选地为椭圆形并且其方向与内壁4122限定的椭圆形区域成直角。即，椭圆形孔4125的长轴优选地垂直于由壁4122限定的椭圆形内部区域的长轴。
图60是装配件4000的顶部平面视图，其进一步说明传动轴4100和齿轮4200的排列、方向和构型。在齿轮4200绕轴线A，如箭头E的方向旋转之后，第一凸轮4230的中心围绕一般沿圆形路径G的轴线A旋转。圆形路径G是在齿轮4200旋转时第一凸轮4230被围绕轴线A置换所造成的。应当理解，圆形路径G的半径对应如图55中所示的中心点A和B之间的偏移量或间隔距离。
随着4200旋转，从而造成第一凸轮4230围绕轴线A置换，沿圆形路径G，第一凸轮4230的凸轮表面4232的一部分接合内壁4122的不同区域。这导致末端4120相对于齿轮4200的中心点和轴线A被线性地前后平移。换句话讲，这具有使第二凸轮4240在孔4125内线性地前后平移的效应。然而，应当理解，由于齿轮4200基本上固定在其旋转点，即轴线A，因此前后平移的正是末端4120和因此传动轴4100。齿轮4200在箭头E方向上的旋转造成传动轴4100在如图60所示的箭头F的方向上的往复运动。
优选实施方案装配件4000有效地将齿轮4200的旋转运动转变为100％的或基本上为100％的传动轴4100的往复运动。即，没有任何或只有微小程度的不是沿着传动轴4100的纵轴C方向的运动。这种特征的益处在于在高速度操作后，装配件的振动最小，或至少被保持在可接受的水平。
除了其高操作效率特征外，本文描述的优选实施方案牙刷也提供相对高的刷洗力。一个这种指征是本文描述的优选实施方案牙刷在它们的牙刷头部，甚至在施加较大的载荷之后，能够提供电动的和相对恒定的往复冲程运动。例如，本发明的牙刷可在对它们的牙刷头部和往复运动的刷毛载体施加了高达30lbs载荷的条件下操作。
本文描述的优选实施方案传动机构的相对高效率和低能耗的实施例涉及电池的使用。几乎所有市售的电动牙刷都需要两(2)节AA电池进行它们的操作。本文描述的优选电动牙刷只需要一(1)节AA电池。令人惊奇和诧异的是本发明的牙刷在牙刷头部即在刷毛末端测量提供与同等的市售牙刷相同的或基本相同的力和电力特征，然而却只需要那些相同牙刷的一半电量或电池需求。应当理解，本发明牙刷决不仅限于使用单节(AA)电池。本发明的牙刷可使用各种不同的电池、电池构型和电源。在此提及(AA)电池只是为了便于理解和进一步描述本发明牙刷和它们的低耗电特征。一般来讲，本发明牙刷的优选地在约0.5伏至约2.5伏的电压范围内操作。更优选地，本发明的牙刷使用1.5伏的电压操作。最优选地，这种电源是可再充电的。当然，本发明的牙刷也可使用一次性的电池。这种“低耗电”特征是本发明的牙刷从商业性角度来看尤其具有吸引力的一个方面。
本发明的牙刷的这种“低耗电”特征的一个指征可使用牙刷的总运行时间来说明。组装了一个测试装置，其中一个夹具和一(1)磅砝码被封闭在外壳中。将待测试的牙刷固定在夹具中，并使其刷毛朝上。然后将一磅砝码置于牙刷的刷洗表面上，即，刷毛的朝上远端。砝码的表面对应典型的牙齿表面。然后启动牙刷并测量总的流逝的时间直到牙刷停止操作。优选地，本发明的牙刷一般操作至少约100分钟，更优选地至少120分钟，更优选地至少140分钟，更优选地至少160分钟，更优选地至少180分钟。也考虑到了本发明的牙刷可在所述的条件下操作长达210至220分钟，甚至更长时间。前述测试条件使用单节(AA)电池。一般来讲，这些总的运行时间使用至少约0.9伏至约2.5伏的电压测量，和使用具有所述冲程长度或速率的往复运动的刷毛载体。
如前所述，本文描述的优选实施方案牙刷的附加有益效果是它们的相对简单的装配件。这导致了制造成本的降低。此外，也考虑到，本文描述的优选实施方案传动装配件将提供增加的可靠性，这归功于它们的简单直观的设计。并且，这些传动装配件中的相对少的部件还降低了在它们的互连处发生潜在故障的可能性。
如果使用了销钉接合装配件，那末最优选的是活动刷毛载体限定可从其底面接触的孔，类似于图47中说明的孔3254。这种孔可仅部分地穿过刷毛载体(如图47所示)的厚度，或可完全地穿过那个厚度到载体的另一顶面。传动轴，具体地讲远端，如图47中所示的末端3206，被形成以具有一个销钉或从其远端的销钉状延伸，或适于接合单独的销钉部件。销钉(其为单独的部件或作为轴的一部分形成)适装在刷毛载体中限定的孔内。其它接合装配件也被考虑用于本发明，包括，但不限于，多个销钉接合装配件，闩锁机构，螺纹扣件(尿布，等)和用粘合剂或超声焊接固定在一起的装配件。
考虑到了本文描述的各种不同的牙刷头部顶端可以被容易地置换，并且优选地，可与其它牙刷头部顶端互换。因此，使用者可以从各种不同类型和构型中选择某个特定的牙刷头部顶端。选择之后，使用者可以容易地将该顶端连接到希望的牙刷上。此外，还设想到，所谓的各种不同类型的小包或样品包，每个包含不同类型的牙刷头部顶端，可以被单独地提供或与电动牙刷联合提供。类似地，如果本文中描述的活动刷毛载体利用一个很容易释放的用于连接到传动机构的接合机构，刷毛载体的类似的集合或分类可以被单独提供或与电动牙刷联合提供。
应当理解，本文描述的任何优选实施方案牙刷的任何特征和方面可与本文描述的其它优选实施方案的一个或多个特征和方面组合。
本发明可利用下列一个或多个公布的专利申请或公布的专利中的特征、方面、部件、材料和特点：WO 01/29128；美国专利6,000,083；美国外观设计专利432,312；美国外观设计专利433,814；美国专利6,178,579；美国专利6,189,693；美国专利6,311,837；美国公布的专利申请2002/0032941；美国专利6,360,395；和美国专利6,371,294；所有这些专利均引入本文以供参考。
除了本文所述的特定材料外，各种优选实施方案牙刷和它们的部件也可由典型用于生产电动牙刷的常规材料形成。一般来讲，柄部、颈杆、牙刷头部和其它结构性零件或部件由聚丙烯形成。可使用用于这些部件或装配件的聚合混合物，例如ABS和一种或多个CelconTM、AcetalTM和/或DelrinTM的混合物。各种自润滑材料对于形成传动系部件是尤其优选的。
已参照特定的优选实施方案对本发明进行了描述。在阅读并理解本说明书后，可对其进行修改和改变。尽管已显示和描述了用于静止和活动刷毛的某些排列，本发明也包括各种不同的其它构型。因此，本发明的各种修改及变化只要在所附权利要求书或其等同物范围内，均应涵盖在本发明内。

Claims (10)

1.电动牙刷，包括：
主体；
从所述主体延伸的颈杆；
连接到所述颈杆的头部，所述头部具有第一侧面和与所述第一侧面相对的第二侧面和活动刷毛载体，所述载体具有刷毛和多个基本环绕所述活动刷毛载体的静止刷毛；和
马达，所述马达设置在所述主体内并可操作地连接到所述刷毛载体上以移动所述活动刷毛载体。
2.如权利要求1所述的电动牙刷，其中所述活动刷毛载体进行往复运动、旋转和摆动。
3.如权利要求1或2所述的电动牙刷，其中所述静止刷毛完全地环绕所述活动刷毛载体。
4.如前述任一项权利要求所述的电动牙刷，其中一些静止刷毛被组合成以多排形式排列的簇并且其中所述多排中的至少一排沿所述头部的第一和第二侧面的一部分设置。
5.如权利要求4所述的电动牙刷，其中沿所述头部的第一和第二侧面的一部分设置的所述多排沿所述活动刷毛载体的长度延伸。
6.如前述任一项权利要求所述的电动牙刷，其中所述多个静止刷毛中的一些的自由端形成斜的刷洗表面。
7.如前述任一项权利要求所述的电动牙刷，其中所述活动刷毛载体的刷毛中的一些的自由端形成斜的刷洗表面。
8.如前述任一项权利要求所述的电动牙刷，其中形成所述倾斜的刷洗表面的活动刷毛载体的刷毛被组合成多个簇，所述多个簇一起形成所述斜的刷洗表面。
9.如前述任一项权利要求所述的电动牙刷，其中所述活动刷毛载体的刷毛中的一些的自由端形成弓形表面。
10.如权利要求9所述的电动牙刷，其中形成所述弓形表面的活动刷毛载体的刷毛被组合成多个簇，所述多个簇一起形成所述弓形表面并且其中所述活动刷毛载体具有纵轴并且所述弓形表面具有沿所述活动刷毛载体的纵轴延伸的凹陷。
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