Электроприводная зубная щетка с трехмерным вращательным движением головки
Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам для чистки зубов. Технический результат - улучшение чистки зубов. Зубная щетка содержит удлиненный корпус с головкой, имеющей носитель щетины, на одном конце и рукояткой, включающей в себя приводное средство с приводным валом, на другом конце. Головка имеет гнездо с изогнутыми боковыми сторонами, а носитель щетины расположен в нем. Из верхней поверхности носителя щетины выходит множество пучков щетины, а его боковые стороны изогнуты для соответствия изогнутым сторонам гнезда. Носитель щетины имеет отверстие в боковой стороне, обращенной к рукоятке. Конец приводного вала смещен со своей центральной продольной оси и с возможностью приведения введен в зацепление в отверстие носителя щетины. При вращении вала обеспечивается два типа движения носителя щетины для осуществления его трехмерного возвратно-поступательного движения в гнезде. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники
Изобретение относится к электроприводным зубным щеткам, и в частности к таким зубным щеткам, которые имеют головку, обеспечивающую трехмерное возвратно-поступательное из стороны в сторону и качательное вверх-вниз движение.
Уровень техники
Обычные электрические зубные щетки, имеющие по существу цилиндрические щеточные головки, работают от электродвигателя постоянного тока, и в них вращательное движение двигателя преобразуют в двухмерное, обычно вращательное по часовой стрелке и против часовой стрелки возвратно-поступательное перемещение. Согласно патенту США № 4156620 одностороннее осевое движение приводного вала электродвигателя постоянного тока можно сначала преобразовать в круговое движение с помощью узла зубчатой передачи, состоящего из шестерни и плоского зубчатого колеса. Круговое движение затем можно преобразовать в возвратно-поступательное движение для соответствующего приведения в действие щеточной головки за счет соединения с плоским зубчатым колесом узла коленчатого рычага и серьги. Это - сложный механизм, производство которого относительно дорогое и вероятность механического отказа у которого весьма высока.
Патент США № 5625916 раскрывает упрощенный приводной механизм электрической зубной щетки, в котором конец приводного вала имеет форму колена, т.е. отогнут в сторону и отчасти назад к собственной продольной оси, и располагается внутри прорези в цилиндрической щеточной головке; причем указанная прорезь параллельна продольной оси цилиндрической щеточной головки. Поскольку приводной вал имеет одностороннее вращение, колено будет описывать соответствующий однонаправленный круг вокруг продольной оси приводного вала, перемещаясь вверх и вниз относительно продольной оси цилиндрической щеточной головки, в результате чего оно в качестве привода будет зацеплять боковые кромки прорези, тем самым придавая цилиндрической щеточной головке возвратно-поступательное движение из стороны в сторону в двух измерениях. Такое двухмерное возвратно-поступательное действие ограничивает длительность контакта между пучками щетины и объемными зубами пользователя, ограничивая эффективность чистки зубной щетки.
Патент США № 5892556 раскрывает головку зубной щетки с электрическим приводом, имеющую трехмерное движение, при этом концы щетины вращаются по конусу для улучшения чистки. Для обеспечения этого трехмерного конического вращения согласно патенту США 5862558 используют сложный механизм, состоящий из двух несущих штифтов (один из которых расположен поперек продольной оси зубной щетки, а другой - под углом к ней), узла колеса ортогональной передачи и шестерни и конусообразного диска. Этот сложный механизм имеет те же упомянутые недостатки, что и патент США 4156620, т.е. дорогостоящее изготовление и высокую вероятность механического отказа.
Поэтому в области техники имеется насущная необходимость в создании электрической зубной щетки с упрощенным механизмом, которая обеспечит трехмерное движение головки, чтобы щетина ближе соответствовала зубам, в целях улучшения чистки.
Краткое существо изобретения
Данное изобретение обеспечивает упрощенную с механической точки зрения электроприводную зубную щетку, имеющую удлиненный корпус с головкой на одном конце, и с рукояткой - на другом; при этом головка имеет гнездо с искривленными сторонами; гнездо имеет расположенный в ней орбитально носитель щетины; при этом носитель щетины имеет верхнюю поверхность с множеством выходящих из нее пучков и стороны с кривизной, соответствующей искривленным сторонам гнезда; причем носитель щетины имеет на своих сторонах отверстие; при этом рукоятка выполнена с возможностью размещения в ней вращательного средства привода с приводным валом, который проходит от нее к концу, смещенному относительно центральной продольной оси приводного вала и с возможностью привода введенному в зацепление указанного отверстия; за счет этого при вращении приводного вала приводят в действие носитель щетины, через его конец, в трехмерном возвратно-поступательном из стороны в сторону и качательном движении вверх-вниз внутри гнезда. Это трехмерное движение головки зубной щетки улучшает контакт между щетиной и объемными зубами для улучшения чистки.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - фронтальное сечение варианта выполнения зубной щетки согласно данному изобретению;
Фиг.2 - фронтальная проекция головки зубной щетки, показывающая сечение носителя щетины и его соединение с приводным валом;
Фиг.3 - сечение левой стороны зубной щетки; изогнутый конец приводного вала расположен в горизонтальной плоскости, в которой находится продольная ось приводного вала - в положении "9 часов" относительно горизонтальной плоскости, в которой находится центральная продольная ось приводного вала; правостороннее сечение является зеркальным отображением вида, иллюстрируемого на Фиг.3;
Фиг.4 - сечение левой стороны головки зубной щетки; изогнутый конец приводного вала находится в положении "12 часов" относительно горизонтальной плоскости, в которой находится центральная продольная ось приводного вала;
Фиг.5 - сечение левой стороны головки зубной щетки; изогнутый конец приводного вала находится в положении "6 часов" относительно горизонтальной плоскости, в которой находится центральная продольная ось приводного вала.
Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения
Обратимся к чертежам, на которых аналогичные ссылочные обозначения указывают одинаковые или аналогичные элементы нескольких чертежей, и в частности - к Фиг.1, на которой изображена электрическая зубная щетка 10 согласно данному изобретению. Зубная щетка 10 содержит рукоятку 12 на первом конце зубной щетки, головку 16 на втором конце зубной щетки, выполненный с возможностью вращения цилиндрический приводной вал 14, проходящий от рукоятки 12 к головке 16, и носитель 18 щетины, расположенный в головке 16. Носитель 18 щетины имеет плоскую или частично плоскую верхнюю поверхность, от которой проходит множество пучков 30 щетины, нижнюю поверхность 32 и боковые стороны 48, имеющие сферическую кривизну; при этом поперечное сечение в средней точке, или в вершине, указанной сферической кривизны является круглым и лежит в плоскости, проходящей через центр 42 носителя 18 щетины. Рукоятка 12 имеет отсеки, в которых помещены: электродвигатель 20 и две батареи 22 и 24, обеспечивая предпочтительное средство питания зубной щетки; рукоятка также может иметь электрический переключатель (не изображен) для включения и выключения двигателя. Обычная муфта 26 сцепления вала соединяет приводной вал 14 с двигателем 20 и, если необходимо, обеспечивает средство демонтажа головки 16 с рукоятки 12, чтобы заменять головку при износе щетины 30.
Как видно из Фиг.2 и 3, головка 16 имеет полость, или гнездо, 28, открытую сверху, по существу плоское или выпуклое дно 34, и имеющие плавную выпуклую кривизну сферические стороны 46, чтобы обеспечивать пространство для размещения носителя 18 щетины и возможность его трехмерного, т.е. орбитального, вращения. Для содействия этому орбитальному движению носителя 18 щетины в гнезде 28 сторона 48 носителя 18 щетины имеет плавную выпуклую сферическую кривизну, близкую к кривизне сферически искривленных сторон 46 гнезда 28. Носитель 18 щетины установлен в гнезде 28, в результате чего образован зазор между нижней поверхностью носителя 32 щетины и нижней поверхностью гнезда 34. Этот зазор позволяет одной стороне носителя 18 щетины осуществлять орбитальный поворот вниз в гнездо, в то время как противоположная сторона поворачивается вверх из гнезда 28, см. Фиг.4 и 5.
Как видно из фиг.4 и 5, положение носителя 18 щетины в головке 16 поддерживается и управляется посредством изогнутого конца 36 приводного вала 14, который с возможностью вращения помещен в отверстие 50, являющееся предпочтительно цилиндрическим и проходящим по радиусу внутрь от внешней периферии носителя 18 щетины. Поперечное сечение отверстия 50 предпочтительно по существу то же, что и поперечное сечение изогнутого конца 36, чтобы между ними оставался минимальный зазор. Изогнутый конец 36 смещен от центральной продольной оси 38 приводного вала 14 и отогнут назад к центральной продольной оси 38, так что изогнутый конец 36 обращен по оси А-А к центральной точке 42 носителя 18 щетины. Носитель щетины имеет центральную ось 40, которая проходит через центральную точку 42 носителя 18 щетины и которая перпендикулярна плоскости, в которой лежит круглое поперечное сечение средней точки.
Угол β образован между осью А-А и центральной продольной осью 38. Угол β, изображенный на фиг.4 и 5, составляет предпочтительно 12,5 градусов, при этом изогнутый конец 36 отогнут в сторону центральной продольной оси 38 на угол 77,5 градусов, который является углом, дополнительным для угла β. При вращении изогнутого конца 36 приводным валом 14 он описывает круг вокруг центральной продольной оси 38, тем самым приводя носитель 18 щетки в возвратно-поступательное из стороны в сторону и качательное вверх-вниз дугообразное движение, дуги которого соразмерны углу β, в результате чего - под предпочтительном углом 12,5 градусов - дуга будет описывать 25 градусов из стороны в сторону и вверх-вниз. Смещение изогнутого конца 36 можно изменять таким образом, чтобы угол β составлял приблизительно от 5 до 20 градусов, т.е. изогнутый конец 36, соответственно, может быть изогнут в сторону центральной продольной оси под углом от 85 до 70 градусов, в результате чего носитель 38 щетины будет приводиться в меньшее или большее качательное вверх-вниз и возвратно-поступательное из стороны в сторону трехмерное движение вокруг центральной точки 42. Положение изогнутого конца 36 относительно полученного таким образом качательного вверх-вниз движения носителя 18 щетины можно видеть на Фиг.3, 4 и 5, при вращении изогнутого конца 36.
В головке 16 щетки, показанной на Фиг.3, 4 и 5, носитель 18 щетины имеет множество пучков щетины, выходящих из его верхней поверхности; при этом внешние пучки по периметру носителя 18 щетины выполнены, предпочтительно, более длинными, чем внутренние пучки щетины ближе к центру головки 16 щетки, тем самым обеспечивая углубление в поверхности, образованной концами щетины, чтобы задерживать то количество зубной пасты, которое наносят на щетку и чтобы соответствовать искривленным поверхностям каждого зуба. Несмотря на это соотношение длины внутренней и внешней щетины, это конкретное выполнение щетины изображено произвольно и только в иллюстративных целях.
Двигатель 20, согласно Фиг.1, предпочтительно имеет скорость вращения около 200 об/мин, чтобы обеспечивать возвратно-поступательное движение носителя 18 щетины, составляющее около 4400 полных колебаний из стороны в сторону и вверх-вниз в минуту вокруг центральной точки 42. При необходимости двигатель может иметь другие скорости в приблизительном диапазоне значений от 800 до 4500 об/мин либо двигатель можно выполнить с возможностью работы на двух или более скоростях по выбору пользователя.
Для обеспечения плавного вращения носителя 18 щетки в гнезде 28 носитель 18 щетины и головку 16 щетки, включая гнездо 28, предпочтительно изготавливают из пластмассы с низким коэффициентом трения и хорошими характеристиками износостойкости. Предпочтительно этой пластмассой является сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола, который изготавливается компанией Chi Mei Corporation, Jen Те, Taiwan, промышленной марки РА757. Также предпочтительно этой пластмассой являются полиацеталы, такие как полиоксиметилен, выпускаемый компанией DuPont Engineering Polymers, Wilmington, DE 19898, промышленной марки 500P, под торговым названием Delrin.
1. Электроприводная зубная щетка, содержащая удлиненный корпус с головкой, имеющей носитель щетины на одном конце, и рукояткой, включающей в себя приводное средство с приводным валом на другом конце, отличающаяся тем, что головка имеет гнездо с изогнутыми боковыми сторонами, и носитель щетины расположен в нем, причем указанный носитель щетины имеет верхнюю поверхность с множеством выходящих из нее пучков щетины и боковые стороны, изогнутые так, чтобы соответствовать изогнутым сторонам гнезда, при этом носитель щетины имеет отверстие в боковой стороне, обращенной к рукоятке, а конец приводного вала смещен со своей центральной продольной оси и с возможностью приведения введен в зацепление в отверстие носителя щетины, тем самым обеспечивая при вращении вала по меньшей мере два типа движений носителя щетины для осуществления трехмерного возвратно-поступательного движения носителя щетины в гнезде.
2. Электроприводная зубная щетка по п.1, отличающаяся тем, что указанное гнездо имеет сферически изогнутые боковые стороны.
3. Электроприводная зубная щетка по п.1, отличающаяся тем, что указанное приводное средство является вращательным приводным средством.
4. Электроприводная зубная щетка по п.3, отличающаяся тем, что указанное вращательное приводное средство имеет электродвигатель.
5. Электроприводная зубная щетка по п.4, отличающаяся тем, что электродвигатель выполнен с возможностью вращения приводного вала со скоростью от приблизительно 800 до приблизительно 4500 об/мин.
6. Электроприводная зубная щетка по п.4, отличающаяся тем, что электродвигатель выполнен с возможностью вращения приводного вала со скоростью приблизительно 2200 об/мин.
7. Электроприводная зубная щетка по п.3, отличающаяся тем, что конец приводного вала отогнут к продольной оси таким образом, что вращательное приводное средство сообщает носителю щетины возвратно-поступательное движение и качательное движение для осуществления трехмерного возвратно-поступательного движения носителя щетины в гнезде.
8. Электроприводная зубная щетка по п.7, отличающаяся тем, что возвратно-поступательное движение носителя щетины осуществляется в направлении из стороны в сторону.
9. Электроприводная зубная щетка по п.7, отличающаяся тем, что качательное движение носителя щетины является движением вверх-вниз.
10. Электроприводная зубная щетка по п.1, отличающаяся тем, что носитель щетины имеет центральную ось, конец приводного вала направлен к пересечению центральной продольной оси рукоятки и центральной оси носителя щетины, и конец приводного вала наклонен к центральной продольной оси рукоятки под углом от около 70 до около 85°.
11. Электроприводная зубная щетка по п.10, отличающаяся тем, что конец приводного вала наклонен к центральной продольной оси рукоятки под углом приблизительно 77,5°.
12. Электроприводная зубная щетка по п.1, отличающаяся тем, что головка и носитель щетины выполнены из сополимера акрилонитрила, бутадиена и стирола.
