具有纵向至横向的运动转换的牙刷

摘要

一种牙刷(10)具有一些可转动刷子组件(18)，该刷子组件是机械地连结的以便与柄部(16)一起移动。每个可转动刷子组件(18)包含具有径向凸伸的刷毛(26)的轮子(22)，该轮子(22)被构造成绕轴线(24)转动，轴线(24)粗略地平行于与牙齿的接触平面(20)。转动轴线(24)相对于牙刷(10)的主要的插入方向(14)倾斜约15°至约75°之间的角度，而较好是接近于45°，牙刷(10)的主要的插入方向(14)与该柄部(16)的延伸方向(14)相一致。

说明书

                        技术领域及背景

本发明涉及牙刷，并且特别是它涉及一种具有纵向至横向的运动转换的牙刷。

人们知道通过具有向上及向下动作的刷牙可达到最好的结果，由此协助清除粘附在相邻牙齿之间的缝隙中的食物残渣。然而在实践中，只有小比例的使用者实际上不怕麻烦去完成这种刷牙动作。而大多数使用者回复到更加容易的、但更低效率的左到右刷牙动作。

在机动的牙刷中，这个问题通常通过使垂直于柄部(它通常平行于左到右的主要的运动方向)的刷子元件产生震动或转动来处理。应用这种动作的机动牙刷的例子可从Schlegel的NO.2,583,886、Grover的NO.2,665,675以及Arnoux等人的No.5,864,911的美国专利中找到。

然而，在手动的牙刷领域中，该问题没有轻易地被解决。当使用者只是在左到右的主要的运动方向上主动地移动牙刷时，在试图产生辅助的上下运动方面，曾经提出了各种各样的牙刷结构的建议。许多这种建议使用了可转动的含刷毛元件，该刷毛元件被展开以便绕垂直于主要的运动方向的轴线旋转。这些结构的例子可在Park的No.5,142,724、Amit等人的NO.5,186,627以及Smith等人的NO.5,996,157的美国专利中找到。然而，这些没有一个已发现是特别有效的。

在Lazarus的美国专利No.1,643,217中建议过另一个解决方法。此处，一种螺旋布置的刷毛沿可转动的轴延伸，该轴平行于主要的运动方向可转动地安装。该说明陈述：“当该螺旋布置的刷毛簇在牙齿或类似物上摩擦时往往会引起刷毛件在柄部上旋转并因此连续地使用新的表面。”但是实际上，因为转动轴线平行于该运动方向，很明显将实际上引起小的旋转或没有旋转。

因此需要有一种手动的牙刷，当使用者只是在左到右的主要的运动方向上主动地移动牙刷时，它会有效地产生辅助的上下运动。再者提供一种沿牙齿排进行刷牙以生成垂直于运动方向的刷牙动作的方法是非常有利的。

                  发明的内容

本发明是具有纵向至横向的运动转换的牙刷。

根据本发明的教导提供了用于刷使用者嘴中的牙齿的一种牙刷，该牙刷包括：

(a)被构造用来形成牙刷插入到嘴中的主要方向的柄部；和(b)机械地连结以便和该柄部一起移动的多个可转动刷子组件，这些可转动刷子组件被展开以便构成与牙齿的接触平面，每个可转动刷子组件含有轮子，该轮子被构造成可绕一轴线转动，该轮子具有基本径向地从其上凸伸的众多刷毛，其中每个可转动刷子组件被构造成：使其上述轴线处于基本平行于该接触平面，并且相对于主要的插入方向倾斜约15°至约75°之间的角度。

根据本发明的另外特点，每个可转动刷子组件的轴线相对于主要的插入方向倾斜约30°至约60°之间的角度，而更好是约40°至约50°之间。

根据本发明的另外特点，多个可转动刷子组件包含：第一组及第二组；对于第一组，转动轴线相对于主要的插入方向倾斜于第一方向上；对于第二组，转动轴线相对于主要的插入方向倾斜于第二方向上，该第二方向与该第一方向对置。

根据本发明的另外特点，该第一组包含沿基本平行于该插入方向的第一直线排的多个可转动刷子组件，并且其中该第二组包含沿平行于但偏离该第一直线的第二直线排的多个可转动刷子组件。

根据本发明的另外特点，每个可转动刷子组件包含至少一个零件，该零件被构造用来阻止轮子绕轴线在给定方向上转动。

根据本发明的另外特点，每个可转动刷子组件经旋转支架相对于该柄部进行安装的，使得该可转动刷子组件可绕基本垂直于该接触平面的轴线旋转，该旋转轴线相对于轮子的转动轴线是偏置的。

根据本发明的另外特点，还提供了与柄部制成一体的牙刷头部，该头部包含每个可转动刷子组件的凹支座，每个可转动刷子组件的一部分被容纳于相应的一个凹支座内。

根据本发明的教导还提供了沿牙齿排刷牙以便产生垂直于运动方向的刷牙动作的方法，该方法包括：(a)提供含有至少一个可转动刷子组件的牙刷，该可转动刷子组件包含被构造成可绕一轴线转动的轮子，该轮子具有基本径向地从其上凸伸的众多刷毛；(b)使具有一些刷毛的牙刷位于与牙齿排的一部分相接触的位置；和(c)沿着该牙齿排在运动方向上移动牙刷，其中至少一个可转动刷子组件定位成其轴线对该运动方向倾斜约15°至约75°之间的角度，使得由移动引起的轮子转动产生刷毛运动的分量，该刷毛运动的分量基本垂直于该运动方向。

根据本发明的另外特点，至少一个可转动刷子组件定位成其轴线对该运动方向倾斜约30°至60°之间的角度，而更好是约40°至50°之间。

                 附图的简要说明

本文仅通过举例的方法参考附图来描述本发明，其中：

图1A是根据本发明的原理，在刷牙的运动方向上移动的可转动刷子组件的第一示意等轴视图；

图1B是沿图1A的运动方向取得的第二等轴视图；

图2是一牙刷的第一实施例的示意等轴视图，该牙刷是根据本发明的教导而构造及操作的；

图3A及3B分别是轮子组件及支座的示意等轴视图，该两者一起构成图2牙刷的可转动刷子组件的一优选实例；

图4是穿过图2牙刷的可转动刷子组件截取的示意剖视图；

图5A是图2牙刷的平面视图；

图5B是图2牙刷的第一变型的平面视图，该牙刷使用了交错图案的可转动刷子组件；

图5C是图2牙刷的第二变型的平面视图，该牙刷使用了可变角度的可转动刷子组件；

图6是沿图5C的VI-VI线截取的示意剖视图，它图示了可变角度的可转动刷子组件的优选结构；

图7A及图7B分别是轮子组件及支座的示意等轴视图，两者一起构成图2牙刷的可转动刷子组件的第一替代结构；

图8是显示用于一牙刷中的悬挂的可转动刷子组件的示意剖视图，该牙刷是根据本发明的教导而构造及操作的；

图9是用于一牙刷中的替代的悬挂的可转动刷子组件的示意剖视图，该牙刷是根据本发明的教导而构造及操作的；和

图10是显示一悬挂的可转动刷子组件的示意剖视图，该悬挂的可转动刷子组件被构造用来实现图5C的操作模式。

           实施本发明的最佳模式的说明

本发明是具有纵向至横向的运动转换的牙刷。

参考附图及附属的说明可以更好地理解根据本发明的牙刷的原理及操作。

现在参考附图，图1A-5A图示了牙刷的第一实施例，该牙刷整体以10标示，是根据本发明的教导而构造及操作的，用于刷使用者嘴中的牙齿12。牙刷10被构造用来在主要的运动方向14(图1A)上使用，当该主要的运动方向14由牙刷柄部16(图2)的延伸方向构成时它与插入嘴中的主要方向相一致。

一般地讲，牙刷10包含多个可转动刷子组件18，它们是机械地连结的以便与柄部16一起移动，各可转动刷子组件被展开以便构成与牙齿的接触平面20。每个可转动刷子组件18含有一轮子22，轮子22被构成可绕一轴线24转动并且具有基本径向地从其上凸伸的众多刷毛26。每个可转动刷子组件18被构造成使其轴线24处于基本平行于接触平面20并相对于主要的运动方向14约倾斜约15°至约75°的角度θ，更好是约30°至约60°之间，而最好是约40°至约50°之间。一般接近45°的角度最好。

这种结构的结果是：当牙刷10被插入嘴中时，使一些刷毛26处于与牙齿12排的一部分相接触的位置并在运动方向14上移动，与牙齿的摩擦和/或机械结合导致可转动刷子组件18的转动。由于可转动刷子组件18的轴线24相对于运动方向14的倾斜，这个转动引起刷毛26运动的分量，该刷毛26在垂直于运动方向14的方向上与牙齿12接触。结果是，由多数使用者完成的普通的左到右刷牙动作天然地产生了明显的辅助的上下刷牙作用。

在更详细地谈论本发明的特点之前，确定在此处被应用于说明书及权项中的这些术语将是有用处的。首先，当确定本发明的几何特征时，不同地参照了“主要的运动方向14”、“插入嘴中的主要的方向”、及“牙刷柄部16的延伸方向”。在典型的情况下，这些全部被假设为是平行的。概念上，这是有关运动方向的几何形状，该运动方向对本发明的正确操作来说是必不可少的。手柄的延伸方向被选作结构特征，该结构特征涉及该运动方向。然而，应该注意牙刷柄部常被构造成不平行于牙刷头部。因这个原因，参照由柄部的形状决定的“牙刷插入嘴中的主要的方向”。这个方向被定义为柄部的延伸方向在平面20上的伸出(方向)。这个几何结构适合于将由一般使用者在执行左到右刷牙动作时完成的该运动的方向。

轴线24被描写成：“基本平行于接触平面20”。这个句子被用于把本发明的构造与众多传统的结构区别开来，在传统的结构中刷毛支承元件绕基本垂直于该接触平面的轴线转动。很清楚这样的传统结构不会有根据本发明原理的功能。应当指出：“基本平行”在本文中应广泛地理解为包含在轴线24与平面20之间的相当大范围的角度(高达±30°)，在该角度范围内本发明的原理仍是可行的。

关于术语“刷毛“，通常本文中用于指任何及所有的适用于牙刷，包括自然的及合成的刷毛的纤维。

现转到更详细地描述牙刷10，图3A、3B及4图示了应用于本发明中的可转动刷子组件18的第一优先实施例。这种形式因其生产及组装的简单性而特别优越。

图3A显示了组装前的具有径向凸伸的刷毛26的轮子22。在此情况下，轮子22被制成具有用作轴的轴向凸伸部28。这个结构可通过应用于该领域的某范围的已知制造技术来生产。各种例子包括但不局限于：纤维丛植入软化的塑料内和在已备好的纤维结构周围进行注塑模压。

图3B显示了制成在牙刷10头部表面上的相应支座30的优选形式。在支座30中或与之相邻处竖有两个弹性支架40，支架40具有凹槽42，该凹槽42被构造用来提供与凸伸部28的永久性紧压配合连结以在组装时构成轮子22的转动轴线。支座30的其余部分的形状被制成能以不阻碍轮子22的刷毛26转动的方式容纳至少一部分比例的刷毛26。可选择地，轮子22可制成具有围绕着凸伸部28的稍微凸出的毂44，以便提供良好地构成与支架40的减缩了面积的接触表面，由此减小了与轮子转动相反的摩擦阻力。

将会理解：包括制有支座30的牙刷头部及牙刷柄部的牙刷10整体，可通过某范围熟知的技术方便地生产成单个的整体元件，该熟知的技术诸如是围绕合适的金属架进行塑料注射模压。如可从图4中看到的，最好是每个支座30附加制有开在牙刷头部后尾的排放槽46，以使该组件的冲洗和清洁变得容易。

应指出：本文描述的该结构的单个可转动刷子组件18将会具有从期望的运动方向横向地爬动的趋势。为抵消这种趋势，牙刷10最好包括至少两组可转动刷子组件18，该两组可转动刷子组件18相对于主要的插入方向成对置方向倾斜。通过列举优选例子的方法，图2、5A及5B显示了具有两组可转动刷子组件18的实例，该组件18沿两条平行线排，该两条平行线相对于主要的插入方向分别成倾斜角度±θ。在此情况下，可转动刷子组件18的排平行于该插入方向而延伸。图2及5A实例的区别仅在于两个排的倾斜方向已经被反转。

虽然由于已提及的理由，可转动刷子组件18最好是成组展开，该组在对置方向上倾斜，该展开的细节显然可以发生相当大的变化。因此，根据元件的尺寸，可提供两个以上的排。可选择地，这些排可以是交错的，诸如图5B中所示，以实现各个可转动刷子组件18的有效紧密包装。

在本发明的第一组实例中，可转动刷子组件18在两个方向上自由地转动。结果是：在图5A及5B所示的结构中，当牙刷在嘴中向前进时，这些组件的转动导致朝向牙刷头部中心的向内的刷牙动作，而当它(牙刷)被抽回时导致向外的刷牙动作。虽然相信这个交替的方向在许多应用中是合理的，但相信这个较好的结果有时可通过改变这些组件仅在一个方向转动并提供棘轮式功能来造成。这个特点最好被用于构造可转动组件以便仅向内刷，使得在牙刷的交替行程期间它们不会转动。这个可选的特点的一个优选实例图示于图4中。

特别是，此处所示的轮子22具有的各毂44之间的轴向尺寸略小于各支架40之间的间隙，使得在任何时候轮子22只有一个毂与和轮子22相邻的支架接触，一个毂44被制成光滑的，而另一个是加大的和/或通过增加径向肋48或被构造成对增大摩擦的其它表面特点进行改造。与增大摩擦的表面相对的一个支架40的区域最好也以互补方式使其变粗糙。

这种结构提供了非常简单和可靠但还有效的棘轮式功能，尤其是，当牙刷在第一方向上前进时，轮子22上的力使它轴向地移动至第一位置，在该第一位置光滑的毂44与相应的支架40接触，由此在如上描述的操作期间使轮子22自由地转动。当牙刷运动的方向转换了，轮子22轴向地移动以与第二支架接触。在这个位置，第二毂的增大摩擦的表面与相应的支架被带入接触，产生足够的摩擦阻力以在转换牙刷行程期间基本上防止了轮子22的转动。

根据还有的一个可选的特点，转动的刷子组件可被构造成在牙刷的两个行程方向上相对于牙刷头部仅向内(或向外)工作。这个可通过应用旋转安装的可转动刷子组件来实现，现在将参考图5C及6描述。

特别是，在这个例子中，每个组件18被构造成绕基本垂直于接触平面20的旋转轴线50旋转，所以它的转动轴线24相对于运动方向14的角度可变化超过±θ范围。旋转轴线50相对于轮子22的轴线24最好成偏置，使得因刷毛26与牙齿的摩擦而生的作用于轮子22上的力产生绕旋转轴50的转动力矩，导致该组件旋转至所希望的角度。

结构上，优选实例的细节显示于图6。此处利用转动的滑动轴承52来形成旋转轴线50，轴承52插入在加大的支座30底部内。此处支架40成角度地向上延伸以造成上述的旋转轴线50与轮子22轴线24之间的偏置。

现有转至图7-10，应该指出：图3及图4的可转动刷子组件18是从大量可能的实例中选出的一个优选例子。利用图示的方法，图7-10显示了一些替代的实例。

参考图7A及7B，这些图显示了通常类似于图3及4结构的一种结构，但其中支座30的特点是两种形状的凹槽32一体地制作在该支座的相对侧边上以提供与凸伸部28的紧压配合的连结。在此情况下，当组装时刚好每个轮子22的过半部分被容纳在牙刷头部中。可选择地，支座30可具有围绕其周边，即远离凹槽32的增宽部分，以便即使由于大量使用而致使刷毛26变得弯离也能让该轮子自由转动。

现在转至图8，该图显示了可转动刷子组件18的一替代实例，在组件18中轮子22具有中空的轴向凹槽或孔34，孔34容纳轴元件36，轴元件36利用支承架38支承在牙刷头部的表面的上方。结果是一系列轮子22可转动地安装在竖立于牙刷头部的表面上方的Z字形框架上。轴元件36或者可能完全是多个杆，或者可能是做成多对相向的凸伸部，该凸伸部在每个轮子22的相对侧边上紧压配合在凹槽或孔34中。

图9显示了另外一替代实例，在该实例中每个轮子22由两个零件构成，两个零件锁在一起以形成具有周边环形槽54的双轮结构，槽54与互补的滑圈56相配合。在此情况下，在如所示的与滑圈56结合的位置上，在牙刷组装期间，轮子22的两个零件最好是紧压配合，要不然就彼此相连接。

最后，参考图10，应该指出：上述的旋转安装的可转动刷子组件也可以用另外的方式实现。利用举例的方法，图10显示了可能的实例，在该实例中轮子22的一中央的不转动的毂60安装在支承杆62上以提供偏离中央毂60中心的旋转关节。轮子22的转动部分做成外圈64，该外圈64以相对中央毂60的滑动关系向外地展开。

将会理解：上面说明的意图仅是作为例子，而许多其它实施例都可能在本发明的精神及目标范围内。