電動牙刷頭的製作方法
2024-04-13 17:02:05
1.本發明涉及一種改進的電動牙刷的牙刷頭，包括簇狀半球形或球形，特別是涉及一種可以減小牙刷頭尺寸的結構的簇狀半球形或球形。
背景技術：
2.歐洲專利ep2,142,138b1描述了一種牙刷，其包括基本上球形的刷子，該刷子包括兩個基本上半球形的部分，通過通道和驅動裝置彼此分開，該驅動裝置延伸穿過通道並且適於將至少第一和第二獨立刷牙運動傳遞給刷頭。
3.申請人已經認識到，包括這種球形刷子的牙刷為了能夠舒適地使用和有效地清潔所有牙齒，應該不超過一定尺寸。本發明的一個目的是提供一種改進的電動牙刷頭，其具有足夠小的尺寸的基本上球形的刷子，以便以能夠有效地清潔牙齒。
4.本發明的另一個目的是提供一種改進的電動牙刷頭，其具有基本上半球形的刷子。
5.與傳統的刷子相比，具有驅動裝置的基本上球形的刷子具有固有的缺點。傳統的牙刷通常包括由多個「刷毛束」形成的刷毛組，刷毛束在固定端固定到支撐件上。刷毛以大致相同的方向從支撐件伸出，以在其自由端提供大致平坦的刷洗面。
6.球形的刷子或半球形的刷子(在其底部直徑處)具有中心球形的支撐件，刷毛從其相反方向伸出。其結果是，對於給定長度的刷毛，球形的刷子的總體尺寸將是單側布置所需的兩倍。此外，由於刷毛必須具有最小長度，以便為給定的刷毛直徑提供足夠的柔順性，而刷毛的直徑又由磨損要求決定，加上中間支撐，球形布置為半球形或球形的刷子設定的最小尺寸至少是該最小刷毛長度的兩倍。
7.因此有必要使支撐的尺寸最小化。然而，與此同時，支撐件必須為牙刷的刷毛提供牢固的保持力。此外，在支撐件設置有諸如齒輪的驅動接收器的情況下，這必須足夠牢固以從牙刷的驅動機構向簇狀球形或簇狀半球形傳輸接收足夠的動力，以使其旋轉，即使當裝載有牙膏時也是如此。
8.另一個問題是，由於刷毛從球形表面沿大致徑向方向伸出，對於固定長度的刷毛，刷毛在其自由端處的分離對於小圓頂比大圓頂更顯著。因此，申請人已經認識到，重要的是使刷毛在支撐表面處的「堆積」最大化，以確保刷子的刷洗表面處的刷毛密度足夠高以進行有效清潔，並提供視覺上可接受的外觀。
9.為此，申請人已經認識到，通過在它們的基部熔合刷毛束(也稱為簇)以提供整體支撐結構，即支撐結構由與刷毛材料相同的材料形成並與其一體，減少了並且優選地消除了對單獨支撐的需要。在沒有單獨的支撐件和將刷毛組鎖定到支撐件中所需的相關聯的鉚接的情況下，可以製造尺寸減小的刷毛圓頂，其仍然保持刷毛的良好保持強度。在進一步的改進中，整體結構結合到支撐環，該支撐環為刷毛圓頂提供驅動接收器。優選地，該支撐環由與刷毛相同的材料製成，並通過加熱塑料熔合到圓頂上，使得整個支撐環、圓頂和刷毛聯合形成整體結構。此外，通過優化刷毛束的幾何形狀以提高其近端處的堆積密度，使形成支
撐圓頂所需的刷毛融合量最小化。
技術實現要素：
10.根據本發明，提供了一種用於電動牙刷的牙刷頭，包括刷子，所述刷子包括連接到環形載體上的刷毛圓頂，其中，所述刷毛圓頂包括具有凸形外表面的支撐圓頂，以及從凸形外表面向外延伸的刷毛，並且其中刷毛圓頂是包括熔合刷毛的整體結構，優選由熔合刷毛組成。
11.優選地，由熔合刷毛材料形成的支撐圓頂具有2mm至4mm，優選2.5mm至3.5mm，最優選約6mm的外表面測量的半徑。
12.優選地，由熔合刷毛材料形成的支撐圓頂具有0.5mm至2mm，優選約1mm的壁厚。
13.優選地，刷毛具有基本上相等的長度，並且刷毛圓頂的形狀使得刷子是基本上半球形的。
14.優選地，基本上半球形的刷子具有不大於10mm的半球形半徑。更優選地，半球形半徑不大於9mm。
15.牙刷頭還可以包括第二刷子，所述第二刷子包括連接到環形載體上的刷毛圓頂，其中每個刷子包括具有凸形外表面的支撐圓頂以及從凸形外表面向外延伸的刷毛，並且其中每個刷毛圓頂是由熔合刷毛形成的整體結構，其中第一刷子和第二刷子圍繞它們的環形載體連接以提供一對相對的朝外的刷毛圓頂。
16.優選地，第一刷子環形載體結合到第二刷子環形載體。第一環形載體可以通過使用粘合劑或更優選地通過熱熔合結合到第二環形載體。
17.最優選地，第一環形載體通過雷射焊接熔合到第二環形載體。優選地，第一環形載體摻雜有在吸收預定雷射頻率吸收雷射能量的材料，例如炭黑，使得其對於預定雷射是不透明的，而第二載體未摻雜並且對於所述預定雷射頻率基本上保持透明，從而確保對第一環形載體和第二環形載體的界面處的熔化保持良好的控制。
18.優選地，第一刷子和第二刷子是基本上半球形的並且該對相對的朝外的刷毛圓頂提供了基本上球形的刷子組件。
19.優選地，基本上球形的刷子組件具有不大於20mm的球形直徑。更優選地，所述球形直徑不超過18mm。
20.優選地，該對基本上半球形的刷子各自提供135
°
至145
°
，優選約140
°
的簇狀球形錐體，以在它們之間提供間隙以接收對結合的環形載體的驅動，同時在刷毛的遠端提供有用的清潔區域。
21.優選地，至少一個刷毛圓頂與其環形載體結合，並且當使用一個以上的刷毛圓頂時，所有的刷毛圓頂與其環形載體結合。
22.優選地，使用粘合劑和/或焊接，和/或使用機械/熔化界面，例如卡扣配合裝置，將圓頂和環形載體結合，然後將其進行加熱以將帶刷毛的圓頂和環形載體熔合，和/或通過將刷毛圓頂熔合到環形載體。
23.最優選地，結合通過至少一個刷毛圓頂與其環形載體的熱熔合實現，使得帶刷毛的圓頂與環形載體熔合。
24.優選地，至少一個刷子的環形載體提供軸承表面，並且在施用兩個環形載體的情
況下，每個載體提供至少一個軸承表面。
25.優選地，至少一個刷子的環形載體提供驅動接收器。優選地，驅動接收器提供用於接受來自外部驅動器的驅動的驅動環的至少一部分，包括齒輪環或滑輪環。更優選地，驅動環是用於接收來自齒輪驅動器的驅動的齒輪環。
26.在使用兩個環形載體的情況下，每個環形載體可以適於提供驅動環的第一和第二位置(quadrant)，其第一和第二位置圍繞環形載體等角度地間隔開，使得連接的環形載體形成完整的驅動環。
27.更優選地，第一刷子包括設置有齒輪環的第一環形載體，並且第二刷子包括可以結合到第一齒輪環的齒輪環的第二環形載體。
28.優選地，至少一個刷毛圓頂和環形載體由與可熱熔材料製成。
29.優選地，至少一個刷子的刷毛圓頂和環形載體由尼龍或pbt(聚對苯二甲酸丁二酯)製成，並且環形載體由相容材料製成。
30.優選地，當至少一個刷毛圓頂由尼龍製成時，相應的環形載體由尼龍或pc製成。
31.更優選地，至少一個刷毛圓頂由pbt製成，並且相應的環形載體由pbt或abs(丙烯腈丁二烯苯乙烯)或pc(聚碳酸酯)或pei(聚醚醯亞胺)製成。
32.最優選地，至少一個刷子包括由pbt製成的刷毛圓頂和環形載體。
33.優選地，至少一個環形載體設置有環形表面，其適於提供用於與刷毛圓頂結合的咬合特徵(keying feature)。
34.優選地，所述咬合特徵包括一非平坦表面；特別是凹表面；特別是齒形表面，所述齒形表面包括可以彎曲的直立指狀物的環形陣列。
35.任選地，咬合特徵被提供給至少一個環形載體，其包括蝕刻材料，或多個錨固件，熔融的刷毛材料可圍繞所述錨固件流動，並且在固化時鎖定以在刷毛材料和環形載體的錨固件之間提供機械結合。
36.優選地，所述刷毛圓頂包括多個刷毛束，其每個刷毛束具有遠端和近端，其中刷毛束的刷毛在鄰近它們的近端通過施加熱量熔合在一起，以形成支撐圓頂，而每個刷毛的遠端自由地形成清潔表面。
37.優選地，至少一個刷子的所有支撐圓頂由熔合刷毛材料提供。
38.優選地，所述刷毛束在它們的近端具有多邊形橫截面，以使得能夠在熔合之前緊密包裝。
39.更優選地，所述刷毛束形成為在它們的近端具有多邊形橫截面，使得它們形成疏鬆堆積的半球形多面體，其熔合以形成支撐圓頂。
40.優選地，至少一個刷子包括與環形載體同心的至少第一截頭圓錐形刷毛束陣列和第二截頭圓錐形刷毛束陣列，其中第一環形陣列的刷毛束具有第一多邊形橫截面以及第二環形陣列的刷毛束具有第二多邊形橫截面，並且其中第一和第二多邊形橫截面不同。
41.優選地，所述刷毛束排列成與環形載體同心的四個環形陣列，並且每個同心陣列的刷毛束具有不同於其他陣列的刷毛束的多邊形橫截面。
42.優選地，所述刷毛束排列成與環形載體同心的四個截頭圓錐形陣列，並且每個同心陣列的刷毛束具有不同於其他陣列的刷毛束的多邊形橫截面。
43.優選地，所述刷毛束排列成四個截頭圓錐體陣列，其每個與環形載體同心並且包
b沿順時針和逆時針方向旋轉。
66.參考圖2，刷頭104包括相對於手柄固定的第一固定殼體106和第二內部殼體108，在其自由端112處設有軸承110，所述軸承110設有大致球形的刷子組件114。第二內部殼體108可相對於外部殼體繞軸線b-b旋轉，以提供刷子組件114繞軸線b-b的旋轉。刷子組件114繞軸線a-a的旋轉通過在第二內部殼體108內將旋轉驅動提供給刷子組件114的驅動接收器(在下面的圖3中示出)而獲得，該驅動接收器使刷子組件114在軸承110內繞軸線a-a旋轉。驅動接收器還形成軸承110的一部分，以使刷子組件114與內部殼體108正確地對準，並傳遞旋轉載荷，尤其是當圍繞軸線b-b旋轉時。
67.第一固定殼體106設置有保護蓋或「勺」116，當用刷子組件114的其餘暴露部分刷牙時，其保護球形刷子組件114的一部分不與軟組織例如臉頰接觸。
68.參考圖3，球形刷子組件114被示出為從圖1和圖2的牙刷頭104移出。
69.球形刷子組件114包括第一刷毛圓頂118，所述第一刷毛圓頂118通過中心驅動接收器122連接到第二刷毛圓頂120，所述中心驅動接收器122包括具有環形排列的齒輪齒126的環形齒輪124。這些部分地嵌入在第一環形凸緣128和第二環形凸緣130之間，使得每個齒輪根部132位於環形凸緣128、130的外徑內。
70.通過驅動系統的驅動齒輪134的相互作用提供繞軸線a-a的旋轉驅動，驅動齒輪134繞其軸線被驅動以使刷子組件114的環形齒輪124沿相反方向驅動。環形凸緣128、130和它們之間的環形齒輪124的位置使得齒輪根部132位於它們的外徑之下，確保驅動齒輪134與環形齒輪124很好地對準，確保良好的驅動，並使磨損最小化。
71.現在參照圖4，圖3的刷子組件114以局部分解視圖示出。刷子組件114包括第一刷子136和第二刷子138。
72.第一刷子136包括結合到第一環形載體140的第一刷毛圓頂118，儘管為了清楚起見分開示出了這些部件。第二刷子138包括結合到第二環形載體142的第二刷毛圓頂120。
73.還參考圖5，其示出了穿過第一環形載體140和第二環形載體142的組件的橫截面，第一環形載體140包括第一環形凸緣128，其提供包括彎曲外邊緣144及其外側平坦環形表面146的軸承肩。在第一環形凸緣128的內側，第一環形載體140設置有直立的彎曲指狀物148a、148b、148c的環形陣列，其限定圍繞第一環形凸緣128的外側面的槽型環150。在具有交替深度的指狀物148a、148b、148c之間形成一系列交替的凹槽152a、152b，使得槽型環150提供相同數量的深槽152a和淺槽152b。
74.在第一環形凸緣128的相對側上，第一環形載體140包括具有軸向花鍵的外側陣列的帶花鍵的內套筒154。帶花鍵的內套筒154由從第二環形載體142延伸的帶花鍵的外套筒156容納。帶花鍵的內套筒154鄰接帶花鍵的外套筒156的內肩，以在兩個環形載體140、142之間提供鄰接接頭158，其適於用粘合劑或通過熱熔合結合。內套筒154和外套筒156的花鍵協作以確保在組裝時第一環形載體140和第二環形載體142的良好對準。
75.環形齒輪124的齒輪齒126設置在帶花鍵的外套筒156的外部彎曲表面上。
76.與第一環形載體140類似，第二環形載體142提供由第二環形凸緣130提供的軸承肩。該軸承肩提供彎曲外邊緣160和外側平坦環形表面162。
77.球形刷子組件的軸承表面144、146、160、162與內部殼體的軸承110協作以將刷子組件114定位在內部殼體108內。它們在刷子組件114的環形齒輪124的兩側上提供軸承支
撐，以允許刷子組件114在來自驅動齒輪134的驅動下圍繞軸線a-a旋轉運動，同時確保環形齒輪124和驅動齒輪134的良好對準。外軸承表面146、162將刷子組件114軸向地定位在內部殼體108內，以再次確保齒輪的良好對準，並且當軸承110圍繞b-b軸線旋轉時，其對於將旋轉力從內部殼體108傳遞到軸承110也是重要的。
78.與第一環形載體128類似，第二環形載體142設置有圍繞第二環形凸緣130的外側面的槽型環164。同樣，在具有交替深度的指狀物之間形成一系列交替的凹槽，使得槽型環164提供相同數量的深槽和淺槽。
79.還參考圖6a以及圖6b至圖6e，圖6a示出了刷毛圓頂118、120的頂點上的視圖，每個刷子136、138的刷毛圓頂118、120通過熔合多個刷毛束陣列來形成，以連接彼此並連接環形載體140、142。
80.更詳細地，七個刷毛束166a(等序號)的第一陣列與環形載體140、142的軸線同軸對準。該陣列圍繞環形載體140、142的軸線等角度地分布，並且基本上是截頭圓錐形的，即近似截錐體。該陣列以與軸線成約70
°
的角度指向載體140、142的軸線(即軸線a-a)，使得每個刷毛束以約20
°
從載體140、142的平面向上伸出。
81.每個刷毛束166a(等序號)從近端168延伸到遠端170，近端168容納在槽形環150、164的深槽中，遠端170形成刷子136、138的清潔表面。
82.刷毛束166a(等序號)具有如圖6b所示的六邊形橫截面172。六邊形橫截面包括下矩形172a和鄰接的上梯形172b，其遠離與下矩形的鄰接接合處向內逐漸變窄。
83.七個刷毛束174a(等序號)的第二截頭圓錐形陣列與環形載體140、142的軸線同軸對準。每個刷毛束以約60
°
的角度指向載體140、142的軸線，使得每個刷毛束以約30
°
的角度從載體140、142的平面向上伸出。
84.第二陣列174a(等序號)的每個刷毛束從近端176延伸到遠端178，近端176容納在槽形環150、164的淺槽中，遠端178形成刷子136、138的清潔表面。刷毛束174a(等序號)具有包括下梯形180a和連續等腰三角形180b的五邊形橫截面180。
85.第二陣列的近端176與第一陣列的近端168相互交叉，但比第一陣列高出載體140、142的平面，使得第二陣列刷毛束174a(等序號)的下梯形部分完全位於第一陣列刷毛束之間，但第二陣列刷毛束174a(等序號)的橫截面180的三角形部分180b位於第一陣列刷毛束166a(等序號)上方。
86.七個等角度間隔刷毛束182a(等序號)的第三截頭圓錐形陣列與載體軸線成約30
°
的角度，使得每個刷毛束以約60
°
從載體平面向上伸出。每個刷毛束182a從位於第一陣列166a(等序號)和第二陣列174a(等序號)的近端附近的近端186延伸到形成刷子組件114的清潔表面的遠端184。
87.第三陣列的刷毛束182a(等序號)具有包括下半部的六邊形橫截面188，所述下半部的形狀使得在第一陣列刷毛束橫截面172的上表面之間和在第二陣列刷毛束橫截面的三角形部分180b之間配合併鬆散地貼合。
88.最後，刷毛束190a、190b、190c的第四截頭圓錐體陣列包括三個圍繞載體140、142的軸線等角度間隔開的刷毛束190a、190b、190c。每個刷毛束被定向為與載體軸線成約15
°
的角度，即與載體140、142的平面成約75
°
的角度。每個刷毛束190a(等序號)從位於第三陣列182a(等序號)的近端附近的近端192延伸到形成刷毛圓頂118、120的清潔表面的遠端
194。
89.第四陣列的刷毛束190a(等序號)具有類似於具有彎曲底部的等腰三角形的葉狀橫截面196。這些刷毛束被布置成使得它們的平坦表面鄰接，使得彎曲底部形成一條圓形線，該圓形線鄰接第四陣列刷毛束的上表面。
90.現在參考圖6f，其示意性地示出了由刷毛束的第一、第二、第三和第四陣列在它們的近端168、176、184、192處呈現的橫截面172、180、188、196使得刷毛近端能夠緊密填塞，其間具有最小間隙，以提供鬆散填塞的半球形多面體198。由於將三維表面呈現為二維圖的限制，圖6f示出了略小於整個半球形多面體198的一半。
91.該半球形多面體通過刷毛束在它們的近端處彼此熔合而熔合，提供了根據本發明的刷毛圓頂118、120。
92.刷毛束在其近端處的熔合消除了將刷毛束固定在單獨形成的部件中的需要，從而能夠減小尺寸但同時通過整體結構提供足夠的刷毛保持力。
93.優選地，刷毛圓頂同時形成並熔合到由相容材料製成的環形載體上。這樣，由於上述原因，刷毛圓頂牢固地連接到載體上。另一個優點是所述圓頂可以通過熔融形成，而刷子(136、138)的特徵需要特定的尺寸控制，例如軸承表面和可選的驅動特徵，通過可以在連接之前通過注塑成型製造的環形載體提供。注塑成型工藝對用於形成支撐圓頂的熔融工藝具有更好的尺寸控制，並且這有利於很好地控制軸承精度。
94.在製造中，刷毛束被插入到包括基本上半球形空腔(未示出)的模具中，使得它們在空腔中伸出預定的距離。然後將具有與半球形空腔相似幾何形狀但形狀為在壓力機和空腔之間留下大約1mm的間隙以形成圓頂支撐的加熱的半球形壓力機插入空腔中，使其在刷毛束的近端接觸所有的刷毛束。將該工具加熱到一定溫度，使刷毛材料熔合在一起，形成一個整體的刷毛圓頂。
95.壓力機和空腔之間的間隙給出約1mm的壁厚，其被認為給出刷毛束的良好保持強度，同時允許形成適當小的支撐件，然而，可以在0.5mm至2mm的壁厚範圍內獲得相同的性能。
96.在優選的步驟中，半球形空腔設置有凹槽以接收插入凹槽中的環形載體140、142，使得第一和第二刷毛陣列166a(等序號)和174a(等序號)分別鄰接由環形載體的槽型環150、164提供的凹槽152a、152b。彎曲的指狀物148a、148b在任一側包圍刷毛陣列，提供機械鎖定以將它們穩定在適當位置。
97.然後將類似的加熱半球形壓力機引入空腔中，布置成接觸所有刷毛束的近端以及環形載體的槽型環150、164的內部。壓力機被加熱，使得近端熔合以形成刷毛圓頂(118、120)的支撐圓頂，從而形成刷毛圓頂，同時或幾乎同時與支撐件的槽型環熔合，產生整體的刷毛圓頂和環形載體。
98.在本實施例中，刷毛和載體都由pbt(聚對苯二甲酸丁二醇酯)製成，以確保部件的良好熔合。其它材料也可用於刷毛圓頂，包括尼龍。
99.如果載體要熔合到刷毛圓頂上，則應當使用相同或相容的材料，例如，對於pbt刷毛圓頂，載體可以由abs(丙烯腈丁二烯苯乙烯)或pc(聚碳酸酯)或pei(聚醚醯亞胺)製成。對於尼龍刷毛圓頂，載體可以由尼龍或pc製成。
100.在可選的製造工藝中，刷毛圓頂可以在刷毛端部熔化之後結合到載體，或者通過
進一步的熔化步驟，以將載體熔合到刷毛圓頂，或者通過使用粘合劑將刷毛圓頂和載體粘合在一起。
101.在刷毛圓頂118已經形成並且與第一環形載體140接合以提供第一刷子136，並且刷毛圓頂120已經形成並且與第二環形載體142接合以提供第二刷子138之後，刷毛圓頂118、120通過在它們的環形載體140、142的鄰接接頭158處使用合適的粘合劑而結合在一起，由此提供基本上球形的刷子組件114。
102.在可選的工藝中，環形載體140、142之一可以摻雜有合適的材料，例如炭黑。刷毛圓頂118、120組裝後，雷射通過未摻雜環形載體聚焦到鄰接接頭158上，使得雷射能量被摻雜環形載體吸收。這導致局部加熱，進而導致兩個環形載體140、142在鄰接接頭158處熔合。
103.理想情況下，刷毛束的所有刷毛在製造後具有相同的長度。在本實施例中，所有的刷毛長大約6mm。優選地，刷毛圓頂的圓頂具有不大於8mm，更優選地不大於6mm的半徑，以確保基本上半球形的刷子在其最寬尺寸上不大於20mm，更優選地在其基底尺寸上(橫跨第一環形刷毛陣列)不大於18mm。
104.參考圖7，其示出了結合有根據本發明的刷子202的第二牙刷頭200的等距視圖。
105.第二牙刷頭與圖1所示的牙刷手柄兼容，但構造成僅繞刷子202的軸線旋轉，即繞軸線a-a旋轉。
106.還參考圖8，刷子202包括單個刷子204，其包括刷毛圓頂206。環形載體208適於提供環形軸承通道，並容納帶花鍵的驅動齒輪208。該驅動齒輪是傾斜的，以將從驅動軸210接收的驅動轉換90
°
，從而使刷子繞軸線a-a旋轉。