CN1933789A - 具有柔性驱动轴的电动牙刷 - Google Patents

Abstract

公开了一种电动牙刷，包括主体、刷头、及在主体和刷头之间延伸的颈部。电机、驱动系、及一个或多个电池对活动刷毛集合赋予运动。弹簧部件设置在构造成吸收过量负载的驱动系内，否则所述过量负载将被传输到电机上。通过降低或消除施加到电机上的所述过量负载延长电池寿命。

Description

具有柔性驱动轴的电动牙刷

本申请要求基于2004年2月17日提交的美国在先申请60/545,325的优先权。

技术领域

本发明涉及牙刷领域，更具体地，本发明涉及电动牙刷领域。

背景技术

传统牙刷已采用一组或多组固定的或换句话讲连接到牙刷的刷头或端部的刷毛。采用机械或电力的活动刷毛组或保持件的牙刷也是可知的。典型地，电机和驱动机构保持在牙刷的主体内并连接到活动刷毛组或保持件上。在启动电机和驱动机构之后，刷毛保持件可经历各种不同类型的运动。典型地，将一个或多个刷毛同样设置在牙刷的主体内，以给驱动机构提供能量，并对活动刷毛保持件赋予运动。

在电动牙刷运转过程中，电机能耗通常表现在电机转速功能和由驱动机构施加在电机上的负载方面。这些参数由施加设置在刷头上的例如活动刷毛保持件的刷洗元件上的负载所决定。同样已知，电机能耗由施加在电机上且典型地施加在电机的输出轴上的机械力所决定。

使用电动牙刷的明显的缺点是重复使用一段时间之后电池电量用尽且必须要更换。除了逐渐增加的电池成本外，消费者认为经常更换电池也是令人烦恼和不愉快的。另外，在某些低价的一次性的电动牙刷中，电池可密封在牙刷的主体内且不适于更换。因此，存在有延长电池寿命和延长电动牙刷内电池的更换周期的需要。

此外，具体地例如除了存在有那些包括过大的力或弯曲刷头或颈部的需求之外，还存在有用于增加电动牙刷内电池寿命的技术和组装的改善的持续需求。

发明内容

在第一方面，本发明提供一种电动牙刷，包括手柄，所述手柄具有中空内部区域，在所述中空内部区域内设置有电机。电动牙刷还包括含有活动刷毛保持件的刷头，其中所述活动刷毛保持件具有设置在其上的刷毛。该牙刷附加包括在所述手柄和刷头之间延伸的颈部。并且，牙刷包括限定纵轴的驱动轴。所述驱动轴穿过颈部延伸且可操作地将电机连接到刷毛保持件上。驱动轴包括弹簧元件。

在另一方面，本发明提供一种电动牙刷，包括手柄，所述手柄限定中空内部区域，在所述中空内部区域内设置有电机。电动牙刷还包括含有活动部分的刷头，其中所述活动部分包括刷毛。所述牙刷还包括在所述手柄和刷头之间延伸的颈部。并且，电动牙刷进一步包括驱动轴，所述驱动轴包括弹簧元件且限定纵轴。所述驱动轴穿过颈部延伸且可操作地将电机连接到刷头的活动部分上。一启动电机，驱动轴经历往复运动。

仍在另一方面，本发明提供一种电动牙刷，包括手柄，所述手柄具有中空内部区域，在所述中空内部区域内设置有电机。所述牙刷进一步包括具有活动刷毛保持件的刷头，其中所述活动刷毛保持件具有设置在其上的刷毛。该牙刷还包括在所述手柄和刷头之间延伸的颈部。并且，牙刷包括限定纵轴的驱动轴，所述驱动轴穿过颈部延伸且可操作地将电机连接到活动刷毛保持件上。驱动轴包括弹簧元件，所述弹簧元件基本上为刚性的，且在电机无过量负载时其形状不发生变化，而对电机施加过量负载时其相对地可弯曲。

仍在另一方面，本发明提供一种电动牙刷，包括手柄，所述手柄限定中空内部区域，在所述中空内部区域内设置有电机。牙刷还包括刷头，所述刷头含有将刷毛设置在其上的活动刷毛保持件。该牙刷还包括在所述手柄和刷头之间延伸的颈部。并且，牙刷包括驱动轴，所述驱动轴穿过颈部延伸且可操作地将电机连接到刷毛保持件上。驱动轴包括弹簧元件。在牙刷运转和对刷毛保持件施加过量负载时，电机连续运转且使弹簧元件经历反复的位移。

附图说明

本发明可以用各种部件和部件设置方式，和以各种技术、方法或程序和步骤安排成形。参考图只用于说明根据本发明的牙刷的实施例的目的，它们没必要按比例绘制，且也不可解释为是对本发明的限制。

相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是根据本发明的牙刷的立体图；

图2是图1所示牙刷的局部不完全的立体图；

图3示出根据本发明另一牙刷局部组装的立体图；

图4是根据本发明驱动轴的立体图；

图5是图4所示的驱动轴的弹簧部分的详细的局部侧视图；

图6是根据本发明的可选择的驱动轴和弹簧部分的详细的局部立体图；

图7是根据本发明的可选择的驱动轴和弹簧部分的详细的局部立体图；

图8是根据本发明的可选择的实施例驱动轴和弹簧部分的详细的局部立体图；

图9是根据本发明的可选择的驱动轴和弹簧部分的详细的局部立体图；

图10是根据本发明的可选择的驱动轴和弹簧部分的详细的局部立体图；

图11是根据本发明的可选择的驱动轴和弹簧部分的详细的局部立体图；

图12是根据本发明的可选择的驱动轴和弹簧部分的详细的局部立体图；

图13是根据本发明的可选择的驱动轴和弹簧部分的详细的局部立体图。

具体实施方式

如果对设置在牙刷内的电机上的负载加以调节，则根据本发明已经披露了电动牙刷的电池寿命可显著地被延长。例如，施加使电机停转或基本上停转的过量负载可消耗过多的电能。本发明提供一种驱动机构部件或多个部件，其可对施加到电机上的负载加以限制且防止电机由于吸收该过量负载而产生停转，从而延长电池寿命。在本文所描述的实施例中，这些部件是弹簧或弹簧元件，所述弹簧或弹簧元件沿着驱动机构内的驱动轴的一部分设置。当选择弹簧元件时，应对弹簧常数加以考虑。若所选择的弹簧常数使牙刷驱动轴太柔软时，则其导致对牙齿所施加的清洁力是不足的。但是，若所选择的弹簧常数使牙刷驱动轴太硬时，则可导致弹簧元件不能吸收过量负载，从而将该负载传输给电机且不能避免电机停转。

如前所述，对刷头施加过量负载可从用于向牙刷提供电能的一个或多个电池上消耗无限制的或过量的能量。通常，在此文中所使用的术语“过量负载”是指对牙刷驱动轴施加负载时导致电机基本停转的一种负载。此电机停转导致活动刷毛保持件的运动速率降低约50％到小于约100％，典型地，降低约75％到约95％，可导致缩短电池寿命。例如，在一个实施例中，在没有任何负载施加到刷头时，牙刷显示了刷洗速率为每分钟约250到约5000个行程，在另一个实施例中，牙刷显示了刷洗速率为每分钟约750到约2000个行程，而在另一个实施例中，牙刷显示了刷洗速率为每分钟约1250个行程。在此所使用的“行程”是运动的一个完整的循环。对于往复式驱动轴，一个行程包括第一方向上的移动和然后在反方向的第二方向上的移动。对刷毛保持件刷洗或施加正常的或典型的刷洗负载时，对于显示刷洗速率为每分钟约1250个行程的牙刷，其刷洗速率可减少到每分钟约625个行程。但是，在施加更大的刷洗负载时，刷洗速率进一步减少。在本例中，当刷洗速率慢到每分钟约315个行程时(对应于刷洗速率降低到75％)，刷洗负载可被认为“过量”。

弹簧部分形成或换句话讲沿驱动轴长度的一部分设置，使得牙刷在运转过程中，且对驱动轴的刷洗端施加过量负载时，所设置的弹簧因而吸收一部分负载。其进而降低驱动轴另一端的，即驱动轴的电机端处的另外的过量负载的传递或传送。术语驱动轴的“刷洗端”指的是紧接着活动刷毛保持件的驱动轴的端部，所述活动刷毛保持件由驱动轴驱动且可操作地连接到所述保持件上。再者，术语驱动轴的“电机端”指的是紧接着电机的驱动轴的端部，所述电机最终地驱动所述驱动轴。正如前面所述，对电机施加过量负载，导致过量的消耗电能。所以，通过降低或避免对电机施加过量负载，即通过弹簧部分的设置，可避免过量的消耗电能。

弹簧部分形成或换句话说是沿驱动轴的一部分设置，使得牙刷在正常使用过程中，并且对牙刷没有施加过量负载时，所述弹簧不产生位移，也不产生任何明显程度的位移。在牙刷正常的运转过程中，所述弹簧的特征同样被描述为保持基本刚性和形状没有改变的弹簧。

图1是根据本发明的牙刷10的实施例的立体图。牙刷10包括主体80、刷头20、及在手柄或主体80和刷头20之间延伸的颈部40。致动器70或开关沿主体80设置。设置在刷头20上的是多个固定刷毛60和活动刷毛集合50，这些刷毛均由加入到本文作为参考的各种专利详细地描述和说明。

图2是图1所示牙刷10的实施例的局部不完全的视图。图2示出了保持在主体80内的电机90和驱动系或驱动机构，所述驱动系或驱动机构用于运转设置在刷头20上的活动刷毛集合50。活动刷毛连接到且支承在活动刷毛保持件上(图2未示出)。一启动沿牙刷10的主体80设置的致动器70(图1所示)，例如壳体80内的一个或多个电池75的电能直接传送到电机90上。电机90包括输出轴91，其上固定有驱动齿轮92。驱动齿轮92与可旋转的驱动齿轮93啮合。驱动齿轮93安装成绕着在垂直于电机输出轴91的方向上延伸的轴线A旋转。驱动齿轮93包括驱动元件94，其从驱动齿轮93的旋转中心或轴线A向外径向地设置在驱动齿轮93上。与驱动元件94相连接的是驱动轴95。该驱动部件的设置是将动力旋转输出轴91的往复运动赋予给驱动轴95。

在本文所描述的牙刷可采用许多的驱动电机和齿轮构型。例如，在美国专利6,178,579、6,189,693、6,360,395和6,371,294中所描述的各种驱动机构均可采用，在此，它们均加入本文作为参考。

正如可理解的是，活动刷毛设置在并通常支承在一个或多个活动刷毛保持件上。活动刷毛保持件可经历许多各种运动。活动刷毛保持件可经历角运动、线性运动或曲线运动。刷毛保持件的移动可恒定的或周期的。在一个实施例中，活动刷毛保持件的运动是周期的线性运动或往复运动。

图3示出了采用往复式驱动轴的牙刷的另一个实施例。图3示出了电动牙刷100包括牙刷刷头120，主体或手柄130，及在刷头和主体或手柄之间延伸的细长的颈部140。包括将电机的运动传输到内活动刷毛保持件152的各种轴和齿轮的驱动系与美国专利号6,178,579中的所描述的驱动系相似，其内容加入本文作为参考。手柄130是中空的，且包括电机102和给所述电机提供能量的多个电池(未示出)。可充电电源可代替所述多个电池。刷头120具有穿过其延伸的纵轴。所述纵轴在大体与轴160的纵轴相同的纵向上延伸。内活动刷毛保持件152沿刷头120设置，其中端部122位于刷头120的最远端。尽管在一个实施例中内活动刷毛保持件152在外形上是卵形，但是其可采用其它形状。而且，虽然内活动刷毛保持件152靠近刷头120的端部122设置，但可以理解的是所述活动刷毛保持件152可远离端部122设置，而其它特点，例如固定刷毛可围绕着内活动刷毛保持件152的外围的至少一部分上设置。在此实施例中，内活动刷毛保持件152往复运动。

第一齿轮104可操作地连接到电机102上且由电机102提供能量。第二齿轮106可操作地连接到第一齿轮104上。第二齿轮106的旋转轴大致垂直于第一齿轮104的旋转轴，使得第一齿轮104的齿与第二齿轮106的齿相啮合，从而在第一齿轮104旋转时使第二齿轮106旋转。

第一臂108通过销110或其它紧固装置偏心地且枢转地连接到第二齿轮106上。由于采用偏心连接，所以第二齿轮106的旋转运动转换为第一臂108的往复运动。第二臂112利用销114或其它紧固装置可枢转地连接到第一臂108上。轴160通过例如压配合方式牢固地紧固在第二臂112上。轴160至少局部容纳在颈部140内。轴160还与第三臂116连接。第三臂116在其末端通过销118或其它紧固装置连接到内刷毛保持件152上。第三臂116的末端与轴160的纵轴偏移，使第三臂116的末端钉在邻近内刷毛保持件152的外圆周处。该偏移设置将第三臂116的往复运动转换为内刷毛保持件152的往复运动，其中内刷毛保持件152在大致平行于轴160纵轴的轴线上往复运动。

在图2和图3所示的驱动机构的两个实施例中均采用了驱动轴，该驱动轴具有沿至少驱动轴的一部分设置的弹簧部件或弹簧元件。更特别地，图4和图5示出了根据本发明的驱动轴95的一个实施例。该驱动轴95应用在图1和图2所示的牙刷的实施例中。驱动轴95包括沿驱动轴长度的至少一部分的弹簧部分、元件或部件96。在一个实施例中，弹簧部分96作为驱动轴的一部分一体形成。在另一个实施例中，驱动轴95包括是一个部件单元的弹簧部分96。图3所示的驱动轴160同样特点在于沿驱动轴160的长度的至少一部分的弹簧部分、元件或部件。该弹簧部件的描述与下面对驱动轴95的弹簧96的描述是一样的。

在使用牙刷的过程中，施加到弹簧元件上的典型负载或者是压缩或者是拉伸。即，在牙刷的正常使用中，压缩负载或拉伸负载可施加在弹簧上。典型地，在驱动轴往复运动时施加这些负载是交替进行的。例如，在施加拉伸负载后，然后施加压缩负载，在这之后则是施加拉伸负载一等等。正如前面所解释的，若对弹簧施加过量负载，则弹簧可根据负载是否为压缩或拉伸而被压缩或延伸。

弹簧被压缩或延伸达到的程度取决于过量负载的大小、弹簧行程和弹簧特性。在更详细描述这些方面时，有必要对弹簧、弹簧的特性及其运动方式加以考虑。

弹簧是形成许多机械系统基础的基本的机械部件。弹簧可定义为当元件形状改变时可产生回复力的弹性元件。大多数弹簧被设想为线性的并遵守胡克定律：

F＝kΔ

在该方程中，F是回复力，Δ是弹簧位移，而k是弹簧常数。

对于非线性弹簧，回复力与其位移不成线性比例关系。在本文中描述的实施例采用的是线性弹簧。但是，本发明包括使用非线性弹簧。

为了选择弹簧常数，可对电机、电机的结构布置和驱动轴加以考虑。虽然这样，其它的力可根据电机的特性加以考虑，通常约1牛顿到约15牛顿之间的力是过量负载，且因此使电机停转。根据驱动轴和活动刷毛保持件之间连接类型和方式，施加在牙刷刷头的约1牛顿到约15牛顿的负载可转变为牙刷驱动轴上的约1牛顿到约15牛顿的负载。由于可获得多种电机，所以选择可吸收特定电机的过量负载的弹簧常数的一个方法包括首先确定多大的负载可使电机停转。为了确定具有往复式轴的牙刷的这种负载，人们可将驱动轴连接到电机上，并对驱动轴施加负载直至电机停转。该负载就是使电机停转的所需的最大负载。然后，此负载结合行程长度一起用于计算最大所希望的弹簧常数。最大所希望的弹簧常数将只是弯曲，以吸收当负载达到使电机停转的所需的程度时活动刷毛保持件的行程长度。最小所希望的弹簧常数是基于达到希望的口腔感觉和清洁能力必需的负载。弹簧常数越接近最小所希望的弹簧常数则导致驱动轴弹簧元件的挠曲所需要的负载就越小。但是，当弹簧吸收所有的由电机产生的负载时，其很可能造成最小的清洁能力，且驱动轴的运动没有转化给牙刷刷头上的活动刷毛保持件。此外，由于弹簧元件直到达到使电机停转的最大负载时才吸收任何过量负载，所以弹簧常数越接近最大所希望的弹簧常数则电池寿命的延长就越少。在一个实施例中，弹簧常数可小于最大弹簧常数的约100％、90％、80％、75％、65％和50％，和/或大于最小弹簧常数的约25％、35％、45％和55％。

在本发明的另一个实施例中，在驱动轴中采用了弹簧或弹簧元件，其中弹簧显示弹簧常数约4到约8N/mm，在另一实施例中，弹簧或弹簧元件显示弹簧常数约5到约7N/mm，而在另一实施例中，弹簧常数约6N/mm。但是将理解的是，本发明包括使用的弹簧常数大于或小于这些代表值的弹簧。例如，设想可使用在驱动机构中弹簧的弹簧常数比约0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5和8.5、9.0、9.5、10N/mm大或更高。

采用弹簧常数4N/mm的弹簧将产生下表1中的施加在驱动轴刷洗端的力和弹簧位移之间的近似关系。

表1

弹簧常数4N/mm时所施加力和弹簧位移之间的关系

力(F)	位移(Δ)
		1N	0.25mm
2	0.50
		3	0.75
4	1.00
		5	1.25
6	1.50
		7	1.75
8	2.00
		9	2.20
10	2.50

采用弹簧常数5N/mm的弹簧将产生下表2中的施加在驱动轴刷洗端的力和弹簧位移之间的近似关系。

表2

弹簧常数5N/mm时所施加力和弹簧位移之间的关系

力(F)	位移(Δ)
		1N	0.20mm
2	0.40
		3	0.60
4	0.80
		5	1.00
6	1.20
		7	1.40
8	1.60
		9	1.80
10	2.00

以及，采用弹簧常数6N/mm的弹簧时，产生如表3所示的力和弹簧位移之间的关系。

表3

弹簧常数6N/mm时所施加力和弹簧位移之间的关系

力(F)	位移(Δ)
		1N	0.17mm
2	0.33
		3	0.50
4	0.67
		5	0.80
6	1.00
		7	1.17
8	1.33
		9	1.50
10	1.67

采用弹簧常数7N/mm的弹簧时，将产生表4中的施加在驱动轴刷洗端的力和弹簧位移之间的近似关系。

表4

弹簧常数7N/mm时所施加力和弹簧位移之间的关系

力(F)	位移(Δ)
		1N	0.14mm
2	0.29
		3	0.43
4	0.57
		5	0.72
6	0.86
		7	1.00
8	1.14
		9	1.29
10	1.43

采用弹簧常数8N/mm的弹簧时，产生表5中的施加在驱动轴刷洗端的力和弹簧位移之间的近似关系。

表5

弹簧常数8N/mm时所施加力和弹簧位移之间的关系

力(F)	位移(Δ)
		1N	0.13mm
2	0.25
		3	0.38
4	0.50
		5	0.63
6	0.75
		7	0.88
8	1.00
		9	1.13
10	1.25

根据本发明，提供了用于设计往复驱动轴的弹簧元件的各种方法。即，通过选择弹簧适宜材料和适当的弹簧形状或构型的设计，可获得适当的弹簧常数。适当的弹簧常数是在施加过量负载时对应于弹簧在驱动轴“行程长度”的至少一部分所产生的位移。在本文中的术语“行程长度”指的是驱动轴在往复循环过程中在一个方向上行进的最大线性距离。在牙刷的一个实施例中，刷毛保持件的行程长度可为约0.5mm到约3mm，在另一个实施例中，刷毛保持件的行程长度可为约0.75mm到约2.0mm，在另一个实施例中，刷毛保持件的行程长度可为约0.75mm到约1.0mm，且在另一个实施例中，刷毛保持件的行程长度可为约0.85mm。

虽然许多弹簧无论所施加的负载为拉伸或压缩而显示的弹簧常数是相同或基本上相同，但是本发明弹簧的一个类型对于拉伸负载和压缩负载显示不同的弹簧常数。在一个实施例中，弹簧可至少吸收驱动轴的行程长度。

在所完成的测试中，对本发明弹簧元件施加过量负载产生弹簧位移进行了研究。在该测试中，将弹簧的一端固定，而其另一端接收特定力。对于最大的过量拉伸力约-1.4磅(-6.23N)，弹簧伸长约0.85mm。而对于最大的过量压缩力约0.95磅(4.23N)，弹簧被压缩约0.80mm。对应于这些过量负载，在驱动轴上所测量的力的数值约1.2±0.30磅(5.34±1.33N)。从这些位移和力的数值中可计算弹簧常数k＝6.28±1.56N/mm。

在本发明的一个实施例中，将弹簧元件结合到往复驱动机构的驱动轴中。在牙刷的运转过程中，驱动轴显示行程长度约0.85mm。选择弹簧的材料和几何形状，使得在刷洗时对刷头施加过量负载时，弹簧在行程长度的每个方向上被压缩和拉伸。在消耗电池电能的正常水平时，其可使电机继续运转。此外，选择弹簧材料和几何形状，使得对刷头施加小于那些视为过量负载的负载时，弹簧没有产生任何可察觉到的延伸的位移。通过并穿过弹簧，该结构使驱动轴往复运动并将能量从电机端传送到驱动轴的刷洗端而没有任何明显的效率损失。

尽管不希望限制任何具体的理论或设计方法，但是已经确定出在刷头的一个实施例中在刷毛保持件上测出的过量刷洗负载和在驱动轴刷洗端所传输的负载之间的近似的关系。通常，在采用往复式驱动机构的具体的电动牙刷实施例中，在刷毛保持件上施加约3镑的刷洗负载相当于如在驱动轴刷洗端所测的约1镑的负载。施加到刷毛保持件上的3镑负载作为刷毛上的压缩力，且因此进而一般在垂直于牙刷纵轴的方向上施加到刷毛保持件上。该负载的施加增加了往复的刷毛保持件和与刷毛保持件接触的表面之间的摩擦力。在刷毛保持件上施加约3镑的刷洗负载时，显示在驱动轴刷洗端的产生的负载约1镑。所述约1镑的力可认为克服由施加在刷毛保持件上3镑负载所产生的增加的摩擦力所需的力的数值。约1镑的力通常沿往复驱动轴的纵轴而定向。

弹簧的特征和动作通常基于形成弹簧的材料、弹簧的几何形状，例如形状或构型。为了在根据本发明驱动轴内提供适宜的弹簧部分，弹簧可使用相对非柔韧的或刚性材料形成相对柔韧的形状。可选择地，弹簧可使用相对柔韧的材料形成相对非柔韧的形状。再有，弹簧可采用相对柔韧的材料形成相对柔韧的形状。此外，弹簧形成相对非柔韧的形状或由相对非柔韧材料形成。由于后者产生非常大的弹簧常数的原因，所以其特征很可能不是优选的。

具体的，驱动轴和弹簧可由各种材料形成。在一个实施例中，驱动轴和弹簧由相同材料形成。驱动轴和弹簧可由聚合材料形成，所述聚合材料在正常的牙刷运转过程中具有足够的强度和刚性，以将电机上的能量传递到设置在牙刷刷头上的一个或多个活动刷毛保持件上，而不产生明显的变形。适宜的聚合材料的例子包括，但不限于，自润滑材料；例如ABS、尼龙、PPE、POM(聚甲醛共聚物)的聚合材料和可从DuPont获得的Delrin的聚甲醛树脂；以及例如钢和铝的金属。商品中可获得的尼龙的一个例子是DuPont产品中的PA6尼龙。同样可设想的是形成驱动轴和弹簧可采用其它材料。可使用在本发明牙刷中的材料例子包括，但不限于，在美国申请10/659,489中所讨论的材料，其内容加入本文作为参考。此外，希望在驱动轴和/或弹簧的外表面上提供一种低摩擦涂层，以将所述部件和限定在颈部内的中空内壁之间的摩擦降为最小。

本发明还包括多个实施例，其中驱动轴和弹簧部分由不同的材料形成，这些不同的材料区别在于它们的柔韧性、刚性，或其它物理特性。图6示出了与形成驱动轴195的材料不同的弹簧部分196。图7示出了可选择的实施例，驱动轴295具有弹簧部分296，所述弹簧部分296由不同于构成驱动轴295的材料形成。在此实施例中，可以理解的是，通过适当选择形成弹簧部分296的材料所具有的弹簧功能不同于由弹簧部分296的构型或形状而产生的弹簧功能。图8示出了具有由不同材料形成的弹簧部分的驱动轴的另一个可选择的实施例。总体地看图7和图8，例如可以理解的是，若形成弹簧的材料是相同的，则弹簧特性可通过适当选择弹簧的形状或构型而变化。此外，若弹簧的形状或构型是相同时，则弹簧特性可通过适当选择形成弹簧的材料而变化。

本发明还包括弹簧元件，其与使用旋转驱动轴的驱动机构联合使用。例如，扭转弹簧或卷簧可如前面图6所示沿旋转驱动轴的一部分合并。图9示出了具有卷簧496的驱动轴495的可选择的实施例，其中卷簧和驱动轴均由相同材料形成。在牙刷的正常运转过程中，弹簧496没有受到任何明显的旋转变形，且因此有效地将旋转能从驱动轴的一端传递到驱动轴的另一端。但是，在施加过量负载时，弹簧会发生变形，即，受到扭转变形，从而限制或换句话讲减小了施加到电机上的负载。如本文所描述的一样，该结构降低了电池的能耗。

本发明还包括在电动牙刷的驱动机构中使用两个或多个弹簧或弹簧元件。安装两个或多个弹簧能够使特定适合的驱动系在某些运转条件下吸收过量负载，或吸收负载具体范围或负载值。此外，每一个弹簧可具有不同的大小、类型或构型；可显示不同的弹簧常数；可由不同的材料形成；或可沿驱动机构或驱动轴放置在不同的位置处。例如，图10示出了包括第一弹簧594和第二弹簧596的驱动轴595的一个实施例。弹簧594和596显示不同的弹簧特性。在图10示出的实施例中，驱动轴595、弹簧594和596全部由相同材料形成。但是，由于弹簧594和596在大小和/或构型不同的缘故，所以两个弹簧具有不同的弹簧常数。

对于包括多个弹簧或弹簧元件的驱动轴，本发明还包括方案：由第一材料形成多个弹簧中的一个或多个，和由不同材料形成其它或余下弹簧中的一个或多个。再次，形成多个弹簧选择的材料可同样与形成驱动轴的材料完全不同。图11示出了包括第一弹簧694和第二弹簧696的驱动轴695。第二弹簧696是由与弹簧694所使用的材料不同的材料形成的。可理解的是，通常，弹簧694和696的选择的材料可选择使得弹簧显示不同弹簧常数。同样设想的是，提供一种驱动轴，其具有由不同材料的区域所提供的弹簧元件。例如，图12示出了包括第一弹簧794和第二弹簧796的驱动轴795。形成第二弹簧796的材料与形成弹簧794和驱动轴795所使用的材料不同。图13示出了具有如第一弹簧894和第二弹簧896的多个弹簧驱动轴895，每个弹簧由不同材料形成。同样设想的是，驱动轴895的余下部分由另外的不同材料形成。图13同样示出了一个方面，其中相似构型但不同大小的弹簧设置在驱动轴上。

包括在本发明的另一个方面是在驱动机构中具有多个弹簧或弹簧部分的驱动轴的选择性定向。通常，根据具体应用，具有多个弹簧的驱动轴可在驱动系内被定向，使得特定弹簧首先受到施加到驱动轴刷洗端的负载。相似地，各种弹簧或弹簧元件可以特定顺序设置在驱动轴上。

尽管本文所描述的实施例采用了作为驱动轴的一部分一体地设置了弹簧部分或弹簧元件，但是本发明包括将弹簧部件与驱动轴分开设置的实施例。在该构型中，驱动机构可采用弹簧部件处于电机输出轴和由电机提供能量的一个或多个刷毛保持件之间的位置上。

此外，尽管本文所述的牙刷的实施例使用了设置在牙刷颈部区域内的弹簧元件，但是本发明包括设置在牙刷其它区域内的弹簧的实施例。例如，弹簧可设置在或通常存在于牙刷手柄部分内。及，弹簧可设置在牙刷刷头区域内。

虽然牙刷刷头实施例简单地说明了具有多个刷毛簇在基本垂直于刷头(它们自刷头延伸)的纵轴方向上延伸，但可设想到，刷毛具有另外的排列，以补充或进一步增强固定刷毛或活动刷毛的运动。某些或全部刷毛可在与刷毛保持件的顶部表面形成锐角的方向上延伸，并可向前或向后延伸。在另一个实施例中，某些刷毛可远离刷头向外延伸，在另一个方向上再次与刷毛保持件的顶部表面形成锐角。也可使用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。其它适于使用的刷毛设置包括那些全部或部分的美国专利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W099/23910中所描述的刷毛设置；这些内容引入本文以供参考。

本发明的电动牙刷可具有刷毛或按摩型顶端类型、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。在一个实施例中，可具有多个高簇和多个矮簇。高簇和矮簇的长度差异在一个实施例中为约0.5mm至约2.5mm，在另一个实施例中为约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，用于轻轻地清洁和按摩使用者的牙龈，而矮刷毛簇可以稍微硬一些，用于齿间清洁(或反之亦然)。这种排列在较短的(且典型地较硬的)刷毛接触使用者的牙齿和牙龈之前，使较长的(且典型地较软的)刷毛能够贴紧、弯曲和紧靠使用者的牙龈偏转。因此，可对软的刷毛施加较大的力，而对较硬(且可能不十分舒服)的刷毛施加较小的力。

在一个实施例中，本发明提供了一种刷毛构型，其中活动刷毛，即由活动刷毛保持件支承和固定到活动刷毛保持件上的刷毛，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保持件和固定到保持件上的刷毛延伸。该刷毛构型的一个进一步变型的特征在于活动刷毛保持件，该活动刷毛保持件稍高于刷头的外表面，使得活动刷毛的远端大约处于与自刷头外表面延伸的较长的静止刷毛相同高度上。通常，通过使用具有相对短长度的活动刷毛，活动刷毛保持件的距离或行程(当经历往复运动时)小于若使用较长刷毛时的距离或行程。较短行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，这可进一步提高所得牙刷的制造性和可销售性。此外，通过对于活动刷毛使用短的刷毛，对于静止刷毛使用较长的刷毛，更大比例的刷洗负载由静止刷毛承担。这通常进一步降低了牙刷电机和驱动机构对电能的需求。

所前所述，本文所描述的各种往复式刷毛保持件可同样使用具有旋转轴的驱动机构。此外，可理解的是，其它电机和往复式或旋转轴设置可以被替换。例如，美国专利5,226,206；5,524,312；5,383,242；5,465,444；5,504,959；5,836,030；4,854,795；5,404,608；5,359,747和5,617,601,它们的内容均加入本文作为参考。另外，本文所描述的电动牙刷可具有可更换的刷头。本发明可改动的适宜的设置被披露在2001年5月7日提交的美国申请09/850,662中，其内容加入本文作为参考。相似地，2002年4月3日提交的美国申请10/114,780和2002年4月22日提交的美国申请10/128,018所公开的驱动机构，它们的内容均加入本文作为参考，且均被设想使用在本发明中。此外，2002年10+21日提交的申请10/274,700美国公开号2003/0226223，特此加入本文以供参考。

已经参考具体的实施例描述了本发明。其他人在阅读和理解说明书的基础上可以作出修正和改变。此外，即便对固定和活动刷毛和各种驱动机构的一些设置已被示出和描述，但是本发明涵盖其它构型的变化。本发明意旨在于涵盖在本发明的权利要求的范围或其等价物的所有的修改和替代。

Claims (10)

1.一种电动牙刷(10，100)包括：

手柄(80，130)，其限定中空内部区域，在所述中空内部区域内设置有电机(90，102)；

刷头(20，120)，包括活动刷毛保持件(152)，其中所述活动刷毛保持件具有设置在其上的刷毛；

颈部(40，140)，其在所述手柄和所述刷头之间延伸；及

驱动轴(95，160，195，295，395，495，595，695，795，895)，其限定纵轴，其中所述驱动轴穿过所述颈部延伸且可操作地将所述电机连接到所述活动刷毛保持件上，且所述驱动轴包括至少一个弹簧元件(96，196，296，396，496，594，596，694，696，794，796，894，896)。

2.如权利要求1所述的电动牙刷，其中所述弹簧元件与所述驱动轴一体形成。

3.如权利要求1所述的电动牙刷，其中所述弹簧元件和所述驱动轴由相同材料形成。

4.如权利要求1所述的电动牙刷，其中所述弹簧元件和所述驱动轴由不同材料形成。

5.如权利要求1所述的电动牙刷，其中所述弹簧元件是线性弹簧。

6.如权利要求1所述的电动牙刷，其中在所述电机运转时，所述驱动轴经历从往复运动和旋转运动组成的组中选择的运动。

7.如权利要求1所述的电动牙刷，其中所述驱动轴包括第一弹簧元件和第二弹簧元件。

8.如权利要求7所述的电动牙刷，其中所述第一弹簧元件显示的弹簧常数与所述第二弹簧元件的弹簧常数不同。

9.如权利要求11所述的电动牙刷，其中在所述牙刷运转和所述活动刷毛保持件过量负载时，所述电机继续运转且使所述弹簧元件经历反复的位移。

10.如权利要求19所述的电动牙刷，其中在所述位移包括所述弹簧元件的压缩和延伸。

Images