CN1735360A - 装配有环境安全聚合物电池的牙刷组件 - Google Patents

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CN1735360A CNA2003801084803A CN200380108480A CN1735360A CN 1735360 A CN1735360 A CN 1735360A CN A2003801084803 A CNA2003801084803 A CN A2003801084803A CN 200380108480 A CN200380108480 A CN 200380108480A CN 1735360 A CN1735360 A CN 1735360A
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Abstract

本发明公开了一种聚合物电池作为能源的电驱动或手动牙刷。该聚合物电池不含有重金属，这使得其是环境安全的，并且不含有碱，这使其对身体是安全的。聚合物电池便宜并且可再充电，这使其成为牙刷的经济能源。小型的聚合物电池节省了牙刷座套的空间，使得座套更小并节省了构成材料。聚合物电池的柔性使其可制成符合或大约符合牙刷座套设计外周的形状。

Description

装配有环境安全聚合物电池的牙刷组件
发明背景
一般而言，本发明涉及牙刷，更具体地涉及装配有环境安全聚合物电池的牙刷组件。
有关技术的描述
许多常规牙刷使用电池来驱动活动的刷毛和/或照明安装于牙刷柄的光源。例如，各种类型的电驱动牙刷是本领域公知的。美国专利5,625,916号公开了一种装配有用于旋转驱动轴的电驱动机的电驱动牙刷。该驱动轴与牙刷头上的刷毛保持座相连，如此驱动轴旋转导致刷毛保持座来回旋转摆动。已知各种其它的用于摆动安装在电驱动牙刷头上的刷毛保持座的装置。
美国专利5,416,942号提供了另一种电驱动牙刷，其中刷头包括一对同心排列的部件，每个部件均反方向以旋转摆动的方式驱动。
美国专利6,032,313号公开了一种可用于清洁、磨光、或按摩的家用器具例如牙刷。该器具的头部包括许多同轴旋转或平行直线运动的部件，但不能提供其它的含刷毛部件。
美国专利5,070,567号公开了一种电驱动牙刷，其包括带有刷毛的可旋转刷头。另一组刷毛邻近刷头，它们绕着各自的轴旋转。
已知的照明牙刷构造包括扩大的手柄座套电路，其与驱动安装在手柄壁上的小灯泡的电池连接，从而在牙刷表面形成许多亮点。参见美国专利4,845,796和5,339,479号。上述构造的目的至少部分是为了刺激儿童刷牙，因为光点或分散区域被认为可以增加刷牙过程的趣味成份和新奇性，使儿童愉快而兴奋地刷牙。上述使人兴奋的事情刺激儿童经常刷牙，从而使他们养成良好的口腔卫生终生习惯。标准微型电池可为照明牙刷供给充足的电源6-12个月，这是一只牙刷的大约正常使用年限。然而，也可以使用充电电池。
所有的上述牙刷专利公开了常规电池的使用。不幸的是，常规电池，如碱性电池具有缺点。首先，它们对身体或环境不是安全的。强碱氢氧化钾电解液包含于电池电解槽内。如果碱性电池受损或误操作，氢氧化钾会从电池电解槽中泄漏。如果氢氧化钾触及皮肤或眼睛，会导致严重的化学烧伤。常规电池导致了填埋物和焚烧炉中显著百分比的重金属污染物。对填埋物中消耗电池主要关心的是其腐蚀性和有毒重金属含量。当电池受损或受腐蚀时，其内容物流入环境。其次，用于牙刷的常规电池(例如AA电池)通常不是小型的。最后，常规牙刷电池不是柔性的，而是含有刚性座套(例如9伏特电池的座套)。
期望导电聚合物应用于储能装置中。对于p-掺杂的导电聚合物用作阴极活性材料且金属、通常是锂用作阳极活性材料的电池系统已经进行了广泛地研究。已经研究的各种p-掺杂的材料有：聚乙炔、聚-(p-亚苯基)、聚吡咯、聚苯胺等。同样还记载了具有n-掺杂的导电聚合物、聚乙炔用作阳极活性材料和金属氧化物用作阴极活性材料的电池。上述电池由多重聚合物膜构成，这使得其重量轻且是柔性的。由于聚合物电池模制成各种形状并且是柔性的，它们可并入压缩装置并占据更少的空间。这些聚合电池具有非常高的电荷容量，和优异的循环效率。所提供的聚合材料还使得所述聚合电池基本上不合有金属成分，从而改善了电池的处理并避免了与常规电池相关安全性和环境问题。各种类型的聚合物基电池是本领域已知的，如美国专利4,801,512、4,804,594、5,527,640、5,665,490、5,733,683和5,888,672号中所示。
尽管聚合物电池具有合符需要的特性，但是牙刷领域没有公开使用环境安全聚合物电池的牙刷(手动或电驱动的)。因此，该领域需要使用上述电池的牙刷。上述聚合物电池不含有重金属，这使得其是环境安全的；低成本；小型，节省了牙刷座套的空间并使得座套更小(节省了构成材料)；可制成符合座套设计的形状；并显示出高电荷容量以及优异的循环效率。
发明概述
本发明通过提供一种聚合物电池作为能源的牙刷解决了相关现有技术的问题。聚合物电池不含有重金属，这使得其是环境安全的，并且不含有碱，这使其对身体是安全的。聚合物电池便宜并且优选可再充电，这使其成为牙刷的经济能源。小型的聚合物电池节省了牙刷座套的空间，使得座套更小并节省了构成材料。聚合物电池的柔性使其可制成符合或大约符合牙刷座套设计外周的形状。
在本发明的第一个实施方案中，手动、光交互的牙刷由一般的常规形式和形状制成。牙刷柄内部可安装小光源，例如与聚合物电池电连接的发光二极管(LED)。手动牙刷柄可被模制成具有透明或半透明塑料的内体和表面上有分散、间隔的开孔或窗口的不透明外层。开孔暴露了下方的塑料内体的表面，可使其变粗糙，从而从窗口发射出柔和的散射光。来自LED的光沿着柄长传播并在内部反射，由此反射光线撞击由不透明外层暴露的粗糙化窗口，在柄上的分散点发射光，如果需要也可在头部。高反射涂层可以涂敷于塑料内体中和除了那些用作光点或窗口的区域之外的不透明外部涂层下方，以确保大多数光反射回柄长并且基本上不被不透明外部涂层吸收。反射补片可以遍及柄区域，放置这些补片用来集合并朝着柄表面的窗口直射光。
在本发明的第二个实施方案中，电驱动牙刷由一般的常规形式和形状制成。电驱动牙刷柄内部可安装小光源，例如与聚合物电池电连接的发光二极管(LED)，以及驱动装置，例如由同样与聚合物电池电连接的电驱动机旋转的驱动轴。如果电驱动牙刷安装了光源，那么优选电驱动牙刷柄具有与本发明第一个实施方案所述的手动牙刷柄相同的构造。如果电驱动牙刷没有安装光源，那么该电驱动牙刷将具有常规电驱动牙刷构造，并且聚合物电池仅用于为驱动装置提供能源。
由下面给出的详细描述，本发明的更进一步的适用范围会变得显而易见。但是，应理解的是详细的描述和具体实施例虽然指示本发明的优选实施方案，但它们仅是出于说明，因为在本发明精神和范围内，由该详细描述本领域普通技术人员可作出各种变化和改进。应理解，上述一般描述和下述详细描述是示例性的并且仅仅是说明性的，其不对所要求的本发明有所限制。
附图简介
由下面给出的详细描述和附图将更加全面地理解本发明，附图仅是出于说明，因而对本发明没有限制，并且其中：
图1是根据本发明实施方案的使用光源和聚合物电池的手动发光牙刷的俯视平面图；和
图2是根据本发明另一实施方案的使用光源和聚合物电池的电驱动发光牙刷的俯视平面图。
发明实施方案的详细描述
本发明的下述详细描述参考附图。在不同附图中相同的代号表示相同或类似的元件。同样，下述详细描述不是对本发明的限制。相反，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
图1图示说明了本发明的一个实例，其中手动牙刷10包括插入头14和手持柄16之间的颈部件12。优选，颈12和头14整体连接，并一起可拆卸地连接柄16，这样当刷毛用旧时头14可以更换。在另一个较低成本的本发明实施方案中，头14和颈12整体且永久地连接在柄16上。
如图1进一步所示，柄16装配了不透明材料的外壳，例如硬橡胶或涂胶塑料涂层，表示为20。柄16还具有内体22，其由透明或半透明塑料材料制成。可以安装光源24，例如LED，其优选与聚合物电池26以及开关光源24的开关一起模制入柄16。聚合物电池26通过电接线100电连接光源24为其提供能源，并且通过电接线100电连接充电插头28为聚合物电池26充电。
通过内部反射光源24发出的光沿着内体22的长度在内部反射。壳20可具有许多开孔或窗口，每个开孔或窗口通过壳20暴露光传送内体22的表面。可以将塑料内体22的暴露表面粗糙化，从而柔和的散射光以所需的光点通过柄16的表面发射。
高反射层例如铝箔或金属化涂层可以涂敷于塑料内体22的表面和除了窗口区域之外的不透明外壳20的下方。反射涂层用于沿着柄16的长度反射基本上所有的光源24发出的光，由此基本上不会有因被不透明外壳20吸收而导致的损失。另外，不透明外壳20可具有反射内表面，例如具有分散其中的细反射颗粒。光源24发出的光由光传送内体22传递并由反射内表面内部反射。既没有被反射层涂敷或也没有被不透明外壳20覆盖的开孔以及头12的未覆盖刷毛区域可以从内体22发射出光。
头12安装了毛簇或刷毛挡板，通常表示为18，其包括许多毛簇或刷毛。因而，一些来自光源24的反射光沿着牙刷内体22反射，进入头12并穿出半透明或透明的毛簇或刷毛18的底部。
另外，不用依靠内体22中的反射或散射光穿出柄16的暴露开孔，可将许多光学纤维(其可称为“光管”)适当地模制于形成柄16的不透明塑料材料中。这些光学纤维可由相同的用于形成光传送内体22的透明或半透明材料制成。这些纤维各自的输入端可紧靠光源24，纤维的输出端可在柄16表面的选定区域结束。可将纤维的输出端粗糙化以有助射出光的散射。在本发明的该方面，柄16可由不透明材料如弹性材料或橡胶或不透明材料制成。该材料可通过已知的重叠注塑工艺围绕光学纤维注塑。
图2中代号30显示了本发明的第二个实施方案-电驱动牙刷。电驱动牙刷30包括插入头34和柄36之间的颈部件32。头34和颈32可以是更换品，从而可拆卸地与柄36相连，或者在本发明实例中，另选地，较低成本构造的头34和颈32可以一体地模制，永久地与柄36相连。
如果电驱动牙刷30包括光源，那么组成柄36的构造和材料将与上述手动牙刷10的柄16的相同。因此，如图2所示，柄36可包括不透明外壳38和透明或半透明内体40。替代图2所示装配，柄36还可以利用光学纤维或“光管”的另选装配。如图2进一步显示，可以安装光源24，例如LED，其优选与聚合物电池26、驱动装置44和开关光源24和驱动装置44的开关42一起模制入柄36。聚合物电池26通过电接线100电连接光源24为其提供能源，并且通过电接线100电连接充电插头28为聚合物电池26充电。聚合物电池26还通过电接线100电连接驱动装置44为其提供能源。
如果电驱动牙刷30不包括光源，那么电驱动牙刷柄36将具有常规电驱动牙刷构造，并且聚合物电池26仅用于为驱动装置44提供能源，该特征在下面有更全面的描述。
如图2进一步显示，头34包括第一毛簇或刷毛挡板46，显示其位于头34的最外面或远侧端。优选第一毛簇板46是圆环状圆盘，并且按照图2中箭头48所示的转动方式摆动。其它的形状也可用于第一毛簇板46，例如椭圆形或各种规则或不规则的形状。优选第一毛簇板46为圆形，因为其需要最小量的间隙来调节摆动和可能调节内部反向摆动毛簇挡板。
第一毛簇板46的外部区域可包括以共同弓形(coarcuate)队列排列的大量毛簇或刷毛。类似地，第一毛簇挡板46的内部区域可以具有许多刷毛簇，它们同样沿着平行于外部区域刷毛弓形队列的圆圈相互共同弓形排列。优选刷毛呈两队共同弓形队列，因为这样的排列最大化地使用了第一毛簇板46的表面积。在本发明的一个实施例中，外排刷毛较内部弓形刷毛更大间距地从头34的外表面向外伸出。结果形成了杯状结构，便于保留刷毛上的牙膏。
本发明的特征是提供了运动第二毛簇挡板50，其显示位于颈32和第一毛簇挡板46之间。但是，应理解的是第二毛簇挡板50可以远离或横向并排于第一毛簇挡板46。但是，优选第二毛簇挡板50纵向地位于毛簇挡板46的外侧，由此延伸带刷毛的头34的表面积长度。
提供第二毛簇挡板50还有利于在头34的外观方面，电驱动牙刷30模拟手动牙刷的结构。这使得电驱动牙刷30更能被使用者接受，因为外观模拟使用者惯常观看的情况。此外，一对毛簇挡板46、50提高了牙刷50的效率，从而牙刷容易地保留了毛簇挡板46、50的运动和保留牙膏的能力。
虽然形成刷毛的常规纤维可用于刷毛挡板18、46、50，但是本文中所用的术语“刷毛”是指广义上的清洁元件或按摩元件，例如可以包括以圆截面形状或任何所需的形状排列的弹性指状体或壁，包括直线部分或正弦曲线部分。
刷毛可通过由毛簇挡板的合适开孔伸出而安置在毛簇挡板或部件上，由此刷毛的底部安置在毛簇挡板内或下方。如果需要，刷毛可嵌入弹性材料内，这使得刷毛不是固定的刷毛，其除了由毛簇挡板46、50摆动产生的运动之外，还有独立的运动。因此，各种形式的刷毛可用于头14、34的任何部件中所用的刷毛中。
应理解的是，具体的刷毛仅仅是出于示例的目的。但是，本发明可用相同或不同刷毛构造(例如美国专利5,609,890、5,390,984和5,533,791号公开的钉状注入毛簇(IMT)技术等，上述专利的公开内容在此整体地引入作为参考)、和/或相同或不同刷毛材料(例如尼龙刷毛、螺旋刷毛、橡胶刷毛等)的各种组合进行实践。类似地，虽然刷毛通常与头14、34的外表面垂直，但是一些或所有刷毛可以相对于刷毛头呈各种角度。因此，可以选择刷毛构造、刷毛材料和刷毛方向的组合以获得特定的结果，以致产生与毛簇头摆动同样多的运动，得到其它的口腔保健益处，例如增强清洁、牙齿磨光、牙齿美白和/或牙龈按摩。
应理解的是，可通过将刷毛簇安置在牙刷头的任何其它开口区域来实践本发明。上述刷毛簇可以是垂直安置或以一角度安置于头14、34的暴露外表面上的固定刷毛，或者可以是安置于弹性基底上的刷毛，由此当施加压力时刷毛可以独立地运动。在正常情况下，上述刷毛可以垂直或以一角度位于牙刷头的暴露外表面上。
毛簇挡板46和50可由任何合适的驱动装置44摆动。例如，美国专利5,625,916号公开的驱动装置类型可用作驱动装置44，除了与本发明表述教导不一致之处之外，该专利文献公开的内容在此整体地引入作为参考。在该种布局下，驱动轴由安装在柄36上的驱动电机旋转，该驱动电机由聚合物电池26驱动。传送轴例如通过永久或可拆卸接头与驱动轴运转连接。传送轴可以具有偏心指向驱动轴旋转轴的两个凸出部分。第一凸出部分用作凸轮表面并且啮合第一毛簇挡板46中形成的轴向隙缝。第二凸出部分也用作凸轮表面并且啮合第二毛簇挡板50中形成的轴向隙缝。驱动轴和传送轴旋转导致凸出部分旋转。因为凸出部分的偏心部分安置于毛簇挡板46、50的隙缝中，所以旋转运动传递到毛簇挡板46、50，第一毛簇挡板46呈摆动旋转运动(如图2箭头48所示)，第二毛簇挡板50呈左右摆动运动。
另外，毛簇挡板46、50可由例如具有独立轴的独立驱动装置驱动。上述独立驱动装置驱动并不是优选的，因为其将会需要另外的元件和空间需求。
第二毛簇挡板50可以是固定的部件，其具有固定的刷毛或通过安置于弹性基底上而能相互独立运动的刷毛。但是，优选第二毛簇挡板50运动或摆动。例如，第二毛簇挡板50通常以垂直于头34的外表面的方向往返移动。这将产生振动部件。任何合适的驱动装置44可用于完成该往返振动移动，例如美国专利No.Re.35,941中描述的驱动部件类型，除了与本发明表述教导不一致之处之外，该专利文献公开的内容在此整体地引入作为参考。另外，振动部件可以不用刚性驱动而自由浮动。第二毛簇挡板50其它形式的运动可以平行于头34的纵轴。但是，第二毛簇挡板50可垂直于头34的纵轴运动。
对于上述实施方案，聚合物电池26被嵌入牙刷柄中。对于手动牙刷10，聚合物电池26为光源24提供能源。对于电驱动牙刷30，聚合物电池26为驱动装置44提供能源，并且如果安装了光源24，聚合物电池26还为其提供能源。聚合物电池26不含有重金属，这使其是环境安全的。聚合物电池26还不含有碱，这使其对身体是安全的。优选聚合物电池26便宜并且可再充电，这使其成为牙刷的经济能源。如图1和2所示，聚合物电池26可以是机械再充电的，但也可以是化学或光化学再充电的。小型的聚合物电池26节省了牙刷柄的空间，使得柄更小并节省了构成材料。聚合物电池26的柔性设计使其形状与牙刷座套相适应。柔性设计还使得聚合物电池26围绕牙刷柄外周制成，由此柄可变得更薄。
聚合物电池26可根据美国专利4,801,512、4,804,594、5,527,640、5,665,490、5,733,683和5,888,672号的任何教导构造，除了与本发明表述教导不一致之处之外，上述专利文献公开的内容在此整体地引入作为参考。但是，优选构成聚合物电池26正负电极的材料包括，但不限于聚(3(2-氟苯基)噻吩)、聚(3(3-氟苯基)噻吩)、聚(3(2，4-氟苯基)噻吩)、聚(3(3，4-氟苯基)噻吩)、聚(3(3，4-二氟苯基)噻吩)、聚(3(3，5-二氟苯基)噻吩)、聚(3(3，4，5-三氟苯基)噻吩)、锂合金/聚吡咯、四甲基/-乙基/丙基/丁基铵三氟甲磺酸酯、四烷基铵盐、醇式羟基化物、聚苯胺、聚乙炔、聚对亚苯基、聚(p-亚苯基硫醚)、聚(p-亚苯基亚乙烯基)、聚(2，5-亚噻吩基亚乙烯基)等。
具有上述构造的聚合物电池已经显示出高电荷容量以及优异的循环效率。聚合物电池26所需的电压和安培将取决于牙刷类型(手动或电驱动)和驱动光源和/或驱动装置所需的能量。
根据本文所公开的本发明说明书和实例，本发明的其它实施方案对于本领域熟练技术人员来说是显而易见的。期望的是，说明书和实施例仅被认为是作为示例，本发明的真正范围和精神由下述权利要求指出。

Claims (20)

1.一种牙刷组件，其包括：
与颈相连的头，所述头具有许多向外伸出的刷毛；
与所述颈相连的柄，所述柄具有光传送部件；
安装于所述柄中的光源；和
安装于所述柄中的聚合物电池，该电池与所述光源电连接从而为其提供能源。
2.权利要求1所述的牙刷组件，其中所述光源包含发光二极管(LED)。
3.权利要求1所述的牙刷组件，其中所述聚合物电池是可再充电的。
4.权利要求2所述的牙刷组件，其中所述聚合物电池是机械、化学或光化学再充电的。
5.权利要求1所述的牙刷组件，其中所述聚合物电池包含由选自下述导电聚合物制成的至少一种电极：聚(3(2-氟苯基)噻吩)、聚(3(3-氟苯基)噻吩)、聚(3(2，4-氟苯基)噻吩)、聚(3(3，4-氟苯基)噻吩)、聚(3(3，4-二氟苯基)噻吩)、聚(3(3，5-二氟苯基)噻吩)、聚(3(3，4，5-三氟苯基)噻吩)、锂合金/聚吡咯、四甲基/-乙基/丙基/丁基铵三氟甲磺酸酯、四烷基铵盐、醇式羟基化物、聚苯胺、聚乙炔、聚对亚苯基、聚(p-亚苯基硫醚)、聚(p-亚苯基亚乙烯基)和聚(2，5-亚噻吩基亚乙烯基)。
6.权利要求1所述的牙刷组件，其中所述聚合物电池是环境安全的。
7.权利要求1所述的牙刷组件，其中所述聚合物电池是柔性的。
8.一种牙刷组件，包括：
与颈相连的头，所述头具有许多向外伸出的刷毛；
与所述颈相连的柄，所述柄具有光传送部件；
安装于所述柄中的驱动装置；和
安装于所述柄中的聚合物电池，该电池与所述驱动装置电连接从而为其提供能源。
9.权利要求8所述的牙刷组件，还包括安装于所述柄中的光源，其与所述聚合物电池电连接以获得能源。
10.权利要求9所述的牙刷组件，其中所述光源包含发光二极管(LED)。
11.权利要求8所述的牙刷组件，其中所述聚合物电池是可再充电的。
12.权利要求11所述的牙刷组件，其中所述聚合物电池是机械、化学或光化学再充电的。
13.权利要求8所述的牙刷组件，其中所述聚合物电池包含由选自下述导电聚合物制成的至少一种电极：聚(3(2-氟苯基)噻吩)、聚(3(3-氟苯基)噻吩)、聚(3(2，4-氟苯基)噻吩)、聚(3(3，4-氟苯基)噻吩)、聚(3(3，4-二氟苯基)噻吩)、聚(3(3，5-二氟苯基)噻吩)、聚(3(3，4，5-三氟苯基)噻吩)、锂合金/聚吡咯、四甲基/-乙基/丙基/丁基铵三氟甲磺酸酯、四烷基铵盐、醇式羟基化物、聚苯胺、聚乙炔、聚对亚苯基、聚(p-亚苯基硫醚)、聚(p-亚苯基亚乙烯基)和聚(2，5-亚噻吩基亚乙烯基)。
14.权利要求8所述的牙刷组件，其中所述聚合物电池是环境安全的。
15.权利要求8所述的牙刷组件，其中所述聚合物电池是柔性的。
16.权利要求9所述的牙刷组件，其中所述聚合物电池是可再充电的。
17.权利要求16所述的牙刷组件，其中所述聚合物电池是机械、化学或光化学再充电的。
18.权利要求9所述的牙刷组件，其中所述聚合物电池包含由选自下述导电聚合物制成的至少一种电极：聚(3(2-氟苯基)噻吩)、聚(3(3-氟苯基)噻吩)、聚(3(2，4-氟苯基)噻吩)、聚(3(3，4-氟苯基)噻吩)、聚(3(3，4-二氟苯基)噻吩)、聚(3(3，5-二氟苯基)噻吩)、聚(3(3，4，5-三氟苯基)噻吩)、锂合金/聚吡咯、四甲基/-乙基/丙基/丁基铵三氟甲磺酸酯、四烷基铵盐、醇式羟基化物、聚苯胺、聚乙炔、聚对亚苯基、聚(p-亚苯基硫醚)、聚(p-亚苯基亚乙烯基)和聚(2，5-亚噻吩基亚乙烯基)。
19.权利要求9所述的牙刷组件，其中所述聚合物电池是环境安全的。
20.权利要求9所述的牙刷组件，其中所述聚合物电池是柔性的。
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