зубная щетка с преобразованием продольного движения в боковое

Формула изобретения

1. Зубная щетка для чистки зубов внутри рта пользователя, при этом зубная щетка содержит (i) ручку, выполненную с возможностью задания первичного направления ввода зубной щетки в рот; и (ii) множество поворотных щеточных узлов, механически соединенных для движения вместе с ручкой, при этом поворотные щеточные узлы установлены с возможностью создания плоскости соприкосновения с зубами, каждый из поворотных щеточных узлов включает колесо, выполненное с возможностью вращения вокруг оси, колесо имеет множество щетинок, выступающих, по существу, радиально из него, при этом каждый из поворотных щеточных узлов выполнен так, что его указанная выше ось лежит, по существу, параллельно плоскости соприкосновения и наклонена относительно указанного первичного направления ввода на угол между около 15° и около 75°.

2. Зубная щетка по п.1, отличающаяся тем, что ось каждого из поворотных щеточных узлов наклонена относительно первичного движения ввода на угол между около 30° и около 60°.

3. Зубная щетка по п.1, отличающаяся тем, что ось каждого из указанных поворотных щеточных узлов наклонена относительно первичного движения ввода на угол между около 40° и около 50°.

4. Зубная щетка по п.1, отличающаяся тем, что указанное множество поворотных щеточных узлов включают первую группу, в которой ось вращения наклонена в первом направлении относительно указанного первичного направления ввода, и вторую группу, в которой ось вращения наклонена во втором направлении, противоположном указанному первому направлению, относительно указанного первичного направления ввода.

5. Зубная щетка по п.4, отличающаяся тем, что указанная первая группа включает множество указанных поворотных щеточных узлов, установленных вдоль первой линии, по существу, параллельной указанному направлению ввода, и в которой указанная вторая группа включает множество указанных поворотных щеточных узлов, установленных вдоль второй линии, параллельной, но сдвинутой относительно указанной первой линии.

6. Зубная щетка по п.1, отличающаяся тем, что каждый из указанных поворотных щеточных узлов выполнен с возможностью воспрещения вращения указанного колеса в заданном направлении вокруг указанной оси.

7. Зубная щетка по п.1, отличающаяся тем, что каждый из указанных поворотных щеточных узлов установлен относительно указанной ручки на поворотной опоре, так что указанные поворотные щеточные узлы могут поворачиваться вокруг оси поворота, по существу, перпендикулярно указанной плоскости соприкосновения, при этом указанная ось поворота сдвинута относительно указанной оси вращения колеса.

8. Зубная щетка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит головную часть зубной щетки, выполненную как единое целое с указанной ручкой, при этом указанная головная часть включает углубленное гнездо для каждого из указанных поворотных щеточных узлов, при этом часть каждого поворотного щеточного узла размещена внутри соответствующего углубленного гнезда.

9. Способ чистки зубов щеткой вдоль ряда зубов с созданием чистящего действия перпендикулярно направлению движения, при этом способ содержит (i) создание зубной щетки, включающей по меньшей мере один поворотный щеточный узел, содержащий колесо, выполненное с возможностью вращения вокруг оси, при этом колесо имеет множество щетинок, выступающих, по существу, радиально из него; (ii) расположение зубной щетки с некоторым количеством щетинок в соприкосновении с частью ряда зубов; и (iii) перемещение зубной щетки вдоль ряда зубов в направлении движения, при этом по меньшей мере один поворотный щеточный узел ориентирован своей осью наклонно под углом между около 15° и около 75° к направлению движения, так что вращение колеса, вызванное движением, создает составляющую движения щетинок, по существу, перпендикулярную направлению движения.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что по меньшей мере один поворотный щеточный узел ориентирован своей осью наклонно под углом между около 30° и около 60° к направлению движения.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что по меньшей мере один поворотный щеточный узел ориентирован своей осью наклонно под углом между около 40° и около 50° к направлению движения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к зубным щеткам и, в частности, оно относится к зубной щетке с преобразованием продольного движения в боковое.

Известно, что наилучшие результаты достигаются при чистке зубов с помощью направленного вверх и вниз действия, что помогает удалять остатки пищи, застрявшие в щелях между смежными зубами. Однако на практике только малая часть пользователей действительно заботятся о выполнении такого действия. Вместо этого большинство пользователей склоняются к более простому, но менее эффективному чистящему действию со стороны в сторону.

В электрических зубных щетках эту проблему обычно пытаются решить посредством вибрации или вращения элементов щетки перпендикулярно ручке (которая обычно является параллельной первичному движению со стороны в сторону). Примеры электрических зубных щеток, которые используют такое действие, содержатся в патентах США №№2583886 (Schlegel), 2665675 (Grover) и 5864911 (Arnoux и др.).

Однако в области ручных зубных щеток проблему решить трудно. Предложен широкий спектр конструкций зубных щеток с попыткой создания вторичного движения вверх и вниз, даже когда пользователь активно перемещает зубную щетку в первичном направлении движения со стороны в сторону. Многие из этих зубных щеток используют вращающиеся элементы, несущие щетину, расположенные с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной первичному направлению движения. Примеры таких конструкций содержатся в патентах США №№5142724 (Park), 5186627 (Amit и др.) и 5996157 (Smith и др.). Однако ни одна из них не является особенно эффективной.

Альтернативное решение предложено в патенте США 31643217 (Lazarus). В данном случае спиральная система из щетины проходит вдоль поворотного вала, установленного с возможностью вращения параллельно первичному направлению движения. В описании говорится, что “спиральная система из пучков щетины имеет тенденцию к приведению элемента щетины во вращение на ручке при трении о зубы или т.п. и тем самым постоянного приведения в действие свежей поверхности”. Однако понятно, что на практике, поскольку ось вращения параллельна направлению движения, в действительности вызывается небольшое вращение или вообще не вызывается вращения.

Задача предлагаемого изобретения состоит в создании такой зубной щетки, с помощью которой создается эффективное вторичное движение вверх и вниз, когда пользователь активно перемещает зубную щетку только в первичном направлении движения со стороны в сторону. Кроме того, задача состоит в создании способа чистки зубов вдоль ряда зубов с созданием чистящего действия, перпендикулярного направлению движения.

Для решения указанной задачи предлагается зубная щетка с преобразованием продольного движения в боковое.

Согласно данному изобретению, создана зубная щетка для чистки зубов внутри рта пользователя, при этом зубная щетка содержит: (а) ручку, выполненную с возможностью задания первичного направления ввода зубной щетки в рот; и (b) множество поворотных щеточных узлов, механически соединенных для движения вместе с ручкой, при этом поворотные щеточные узлы установлены с возможностью создания плоскости соприкосновения с зубами, каждый из поворотных щеточных узлов включает колесо, выполненное с возможностью вращения вокруг оси, колесо имеет множество щетинок, выступающих по существу радиально из него, при этом каждый из поворотных щеточных узлов выполнен так, что его указанная выше ось лежит по существу параллельно плоскости соприкосновения и наклонена относительно первичного направления ввода на угол между около 15° и около 75°.

Согласно другому признаку данного изобретения, ось каждого из поворотных щеточных узлов наклонена относительно первичного движения ввода на угол между около 30° и около 60°, предпочтительно между около 40° и около 50°.

Согласно другому признаку данного изобретения, множество поворотных щеточных узлов включают первую группу, в которой ось вращения наклонена в первом направлении относительно первичного направления ввода, и вторую группу, в которой ось вращения наклонена во втором направлении, противоположном первому направлению, относительно первичного направления ввода.

Согласно другому признаку данного изобретения, первая группа включает множество поворотных щеточных узлов, установленных вдоль первой линии, по существу параллельной направлению ввода, и при этом вторая группа включает множество поворотных щеточных узлов, установленных вдоль второй линии, параллельной, но сдвинутой относительно первой линии.

Согласно другому признаку данного изобретения, каждый из поворотных щеточных узлов включает по меньшей мере один признак, выполненный с возможностью воспрещения вращения колеса в заданном направлении вокруг оси.

Согласно другому признаку данного изобретения, каждый из поворотных щеточных узлов установлен относительно ручки на поворотной опоре, так что поворотные щеточные узлы могут поворачиваться вокруг оси поворота по существу перпендикулярно плоскости соприкосновения, при этом ось поворота сдвинута относительно оси вращения колеса.

Согласно другому признаку данного изобретения, предусмотрена головная часть зубной щетки, выполненная как единое целое с ручкой, при этом головная часть включает углубленное гнездо для каждого из поворотных щеточных узлов, при этом часть каждого поворотного щеточного узла размещена внутри соответствующего углубленного гнезда.

Согласно данному изобретению, создан также способ чистки щеткой вдоль ряда зубов с созданием чистящего действия перпендикулярно направлению движения, при этом способ содержит:

(а) создание зубной щетки, включающей по меньшей мере один поворотный щеточный узел, содержащий колесо, выполненное с возможностью вращения вокруг оси, при этом колесо имеет множество щетинок, выступающих по существу радиально из него; (b) расположение зубной щетки с некоторым количеством щетинок в соприкосновении с частью ряда зубов; и (с) перемещение зубной щетки вдоль ряда зубов в направлении движения, при этом по меньшей мере один поворотный щеточный узел ориентирован своей осью наклонно под углом между около 15° и около 75° к направлению движения, так что вращение колеса, вызванное движением, создает составляющую движения щетинок, по существу перпендикулярную направлению движения.

Согласно другому признаку данного изобретения, по меньшей мере один поворотный щеточный узел ориентирован своей осью наклонно под углом между около 30° и около 60°, и более предпочтительно между около 40° и около 50° к направлению движения.

Ниже приводится описание изобретения в качестве примера со ссылками на чертежи, на которых изображено:

фиг.1А - поворотный щеточный узел, перемещаемый в направлении движения зубной щетки, согласно данному изобретению, в первой изометрической проекции;

фиг.1В - поворотный щеточный узел, согласно фиг.1А, во второй изометрической проекции вдоль направления движения;

фиг.2 - первый вариант выполнения зубной щетки, выполненной и используемой согласно данному изобретению, в изометрической проекции;

фиг.3А и 3В - узел колеса и гнездо, соответственно, образующие совместно предпочтительный вариант выполнения поворотного щеточного узла зубной щетки, согласно фиг.2, в изометрической проекции;

фиг.4 - разрез поворотного щеточного узла зубной щетки, согласно фиг.2;

фиг.5А - зубная щетка, согласно фиг.2, на виде сверху;

фиг.5В - первый вариант выполнения зубной щетки, согласно фиг.2, с использованием зигзагообразного расположения поворотных щеточных узлов, на виде сверху;

фиг.5С - второй вариант выполнения зубной щетки, согласно фиг.2, с использованием расположения поворотных щеточных узлов под переменным углом, на виде сверху;

фиг.6 - разрез по линии VI-VI на фиг.5С, иллюстрирующий предпочтительную конструкцию для поворотных щеточных узлов с переменным углом;

фиг.7А и 7В - узел колеса и гнездо, соответственно, образующие совместно первую альтернативную конструкцию поворотного щеточного узла зубной щетки, согласно фиг.2, в изометрической проекции;

фиг.8 - разрез подвешенного поворотного щеточного узла для использования в зубной щетке, выполненной и используемой согласно данному изобретению;

фиг.9 - разрез альтернативного подвешенного поворотного щеточного узла для использования в зубной щетке, выполненной и используемой согласно данному изобретению;

фиг.10 - разрез подвешенного поворотного щеточного узла, выполненного для осуществления режима работы, согласно фиг.5С.

Данное изобретение представляет зубную щетку с преобразованием продольного движения в боковое.

Принцип действия и работа зубных щеток, согласно данному изобретению, следуют из последующего подробного описания со ссылками на чертежи.

На фиг.1А-5А показан первый вариант выполнения зубной щетки, обозначенной в целом позицией 10, сконструированной и работающей, согласно идеям данного изобретения, для чистки щеткой зубов 12 внутри рта пользователя. Зубная щетка 10 выполнена для использования в первичном направлении 14 движения (см. фиг.1А), которое соответствует первичному движению ввода в рот, заданному направлением прохождения ручки 16 зубной щетки (смотри фиг.2).

В целом, зубная щетка 10 включает множество поворотных щеточных узлов 18, механически соединенных для движения вместе с ручкой 16, при этом поворотные щеточные узлы расположены так, чтобы образовывать плоскость 20 соприкосновения с зубами. Каждый поворотный щеточный узел 18 включает колесо 22, выполненное с возможностью вращения вокруг оси 24 и имеющее множество щетинок 26, выступающих по существу радиально из него. Каждый поворотный щеточный узел 18 выполнен так, что его ось 24 лежит по существу параллельно плоскости 20 соприкосновения и наклонена относительно первичного направления 14 движения на угол 9 между около 15° и около 75°, более предпочтительно между около 30° и около 60°, и наиболее предпочтительно между около 40° и около 50°. Обычно, наиболее предпочтительно угол равен приблизительно 45°.

За счет такой конструкции, при вводе зубной щетки 10 в рот и расположении в соприкосновении некоторыми щетинками 26 с частью ряда зубов 12 и движении в направлении 14 движения, трение и/или механическое сцепление с зубами приводит к вращению поворотных щеточных узлов 18. За счет наклона оси 24 поворотных щеточных узлов 18 относительно направления 14 движения, это вращение создает составляющую движения щетинок 26, которые находятся в соприкосновении с зубами, в направлении, перпендикулярном направлению 14 движения. В результате, обычное чистящее действие из стороны в сторону, выполняемое большинством пользователей, неизбежно создает вторичный эффект чистки вверх и вниз.

Перед более подробным описанием признаков данного изобретения полезно дать определение некоторым понятиям, используемым в описании и в формуле изобретения. Во-первых, при определении геометрических признаков данного изобретения делаются ссылки на “первичное направление 14 движения”, “первичное направление ввода в рот” и “направление прохождения ручки 16 зубной щетки”. В обычном случае предполагается, что все они являются параллельными. В принципе, геометрические параметры относительно направления движения являются существенными для правильной работы данного изобретения. Направление прохождения ручки выбрано в качестве конструктивного признака, который связан с направлением движения. Однако, следует отметить, что ручки зубных щеток часто выполнены не параллельно головке зубной щетки. По этой причине делается ссылка на “первичное направление ввода зубной щетки в рот”, определяемое конфигурацией ручки. Это направление определяется как проекция направления прохождения ручки на плоскость 20. Эта геометрическая конструкция соответствует направлению движения, которое выполняет типичный пользователь, выполняющий действие чистки со стороны в сторону.

Ось 24 определяется как “по существу параллельная плоскости 20 соприкосновения”. Эта фраза используется для отличия конфигураций, согласно данному изобретению, от многочисленных обычных конструкций, где несущий щетину элемент выполнен с возможностью вращения вокруг оси, по существу перпендикулярной плоскости соприкосновения. Такие структуры явно не способны функционировать согласно принципам данного изобретения. Следует отметить, что выражение “по существу параллельно” в данном контексте необходимо интерпретировать широко для охвата значительного диапазона углов (вплоть до ±30°) между осью 24 и плоскостью 20, внутри которого принципы данного изобретения все еще имеют действие.

Что касается понятия “щетина”, то оно используется в данном случае для любых и всех волокон, подходящих для использования в зубных щетках, включая природную и синтетическую щетину.

Что касается более подробного описания признаков зубной щетки 10, то на фиг.3А, 3В и 4 показан первый предпочтительный вариант выполнения поворотного щеточного узла 18 для использования в данном изобретении. Эта форма является особенно предпочтительной из-за простоты изготовления и сборки.

На фиг.3А показано колесо 22 с радиально выступающей щетиной 26 перед сборкой. В этом случае колесо 22 выполнено с радиальными выступами 28, служащими в качестве оси. Эту структуру можно изготавливать с помощью множества известных используемых технологий. Примеры включают, но не ограничиваясь этим, имплантацию пучков волокна в размягченную пластмассу и литье под давлением вокруг подготовленной системы волокон.

На фиг.3В показана предпочтительная форма соответствующего гнезда 30, образованного в поверхности головной части зубной щетки 10. Внутри или смежно с гнездом 30 стоят две пружинные скобы 40, которые имеют вырез 42, выполненный с возможностью обеспечения постоянного защелкивающегося соединения с выступами 28 для задания оси вращения колеса 22 после сборки. Остаток гнезда 30 выполнен в виде формы, обеспечивающей размещение по меньшей мере части щетины 26, так чтобы не создавать препятствий для вращения колеса 22. Не обязательно, колесо 22 может быть выполнено со слегка выступающей ступицей 44, окружающей выступ 28, для обеспечения хорошо заданной поверхности соприкосновения малой площади со скобами 40, что уменьшает сопротивление трения при вращении колеса.

Очевидно, что весь корпус зубной щетки 10, включая головку зубной щетки с гнездами 30 и ручку зубной щетки, может быть выполнен обычным образом как единый элемент с помощью множества известных технологий, таких как литье под давлением пластмассы вокруг подходящих металлических скоб. Как показано на фиг.4, каждое гнездо предпочтительно выполнено с дополнительным дренажным каналом 46, открытым в направлении тыльной стороны головки зубной щетки, для упрощения промывки и чистки узла.

Необходимо отметить, что единственный поворотный щеточный узел 18 описанной конструкции имеет тенденцию к сползанию вбок от предусмотренного направления движения. Для противодействия этой тенденции зубная щетка 10 предпочтительно содержит по меньшей мере две группы поворотных щеточных узлов 18, наклоненных в противоположных направлениях относительно первичного направления ввода. На фиг.2, 5А и 5В показаны в качестве предпочтительного примера выполнения варианты выполнения с двумя группами поворотных щеточных узлов 18, установленных цепочками вдоль двух параллельных линий с углами наклона ±, соответственно, относительно первичного направления ввода. В этом случае цепочки поворотных щеточных узлов 18 проходят параллельно направлению ввода. Варианты выполнения на фиг.2 и 5А отличаются только тем, что изменено на противоположное направление наклона двух рядов.

Хотя поворотные щеточные узлы 18 предпочтительно установлены в группах, наклоненных в противоположных направлениях по указанной выше причине, детали установки могут значительно изменяться. Так, например, в зависимости от размера элементов могут быть предусмотрены более двух рядов. Не обязательно, ряды могут быть расположены зигзагообразно, как показано на фиг.5В, для обеспечения эффективного плотного расположения поворотных щеточных узлов 18.

В первом комплекте вариантов выполнения данного изобретения поворотные щеточные узлы 18 свободно вращаются в обоих направлениях. В результате в конфигурациях, показанных на фиг.5А и 5В, вращение узлов вызывает направленное внутрь чистящее действие, в направлении центра головки зубной щетки, когда зубная щетка продвигается вперед внутри рта, и направленное наружу чистящее действие при ее возвращении. Хотя чередующееся направление считается допустимым во многих применениях, можно полагать, что можно иногда обеспечить более высокие результаты посредством модификации узлов для вращения исключительно в одном направлении, с помощью своего рода храпового механизма. Этот признак предпочтительно используется для выполнения поворотных щеточных узлов для чистки исключительно в направлении внутрь, так что они не вращаются во время обратного хода зубной щетки. Предпочтительный вариант выполнения не обязательного признака показан на фиг.4.

А именно, в данном случае показанное колесо 22 имеет осевой размер между ступицами 44 немного меньший, чем расстояние между скобами 40, так что в любое время только одна ступица находится в соприкосновении со смежной скобой. Одна из ступиц 44 выполнена гладкой, в то время как другая увеличена и/или модифицирована посредством добавления радиальных ребер 48 или других признаков поверхности, обеспечивающих увеличение трения. Зона скобы 44, противоположная поверхности с увеличенным трением, предпочтительно также выполнена дополняющим образом шершавой.

Эта конструкция обеспечивает очень простое и надежное, однако эффективное, действие храпового механизма. А именно, когда зубная щетка продвигается в первом направлении, то силы, действующие на колесо 22, перемещают его в осевом направлении в первое положение, в котором гладкая ступица 44 находится в соприкосновении с соответствующей скобой 40, что позволяет колесу 22 свободно вращаться во время указанной работы. Когда направление движения зубной щетки изменяется на противоположное, то колесо 22 перемещается в осевом направлении в соприкосновение со второй скобой. В этом положении поверхности с увеличенным трением второй ступицы и соответствующей скобы приходят в соприкосновение, создавая достаточное фрикционное сопротивление с по существу исключением вращения колеса 22 во время обратного хода зубной щетки.

Согласно другому не обязательному признаку, поворотные щеточные узлы могут быть выполнены для работы во время обоих направлений хода зубной щетки исключительно в направлении внутрь (или наружу) относительно головки зубной щетки. Это можно обеспечить посредством использования поворотного щеточного узла, установленного на поворотной опоре, как описано ниже со ссылками на фиг.5С и 6.

А именно, в данном примере каждый узел 18 выполнен с возможностью поворота вокруг оси 50 поворота, по существу перпендикулярной плоскости 20 соприкосновения, так что его ось 24 вращения может изменять направление в диапазоне ± относительно направления 14 движения. Ось 50 поворота предпочтительно смещена относительно оси 24 колеса 22, так что силы, действующие на колесо 22 за счет трения щетины 26 с зубами, создают поворотный момент вокруг оси 50 поворота, стремящийся повернуть узел на желаемый угол. Детали предпочтительного варианта выполнения показаны на фиг.6. Ось 50 поворота создается в данном случае вращающимся скользящим подшипником 52, который заделан внутри основания увеличенного гнезда 30. Скобы 40 в данном случае проходят вверх под углом для обеспечения указанного смещения между осью 50 поворота и осью 24 колеса 22.

Что касается фиг.7-10, то необходимо отметить, что поворотный щеточный узел 18, согласно фиг.3 и 4, является одним предпочтительным примером выполнения, выбранным из большого числа возможных вариантов выполнения. На фиг.7-10 показаны в качестве примеров нескольких альтернативных вариантов выполнения.

На фиг.7А и 7В показана конструкция, в целом аналогичная конструкции, показанной на фиг.3 и 4, однако при этом гнездо 30 имеет два фигурных углубления 32, выполненных на противоположных сторонах гнезда для обеспечения защелкивающегося сцепления с выступами 28. В этом случае немного больше половины каждого колеса 22 расположена после сборки внутри головки зубной щетки. Не обязательно, гнездо 30 может иметь вокруг своего периметра, т.е. на удалении от углублений 32, часть с увеличенной шириной для обеспечения свободного вращения колеса, когда щетина 26 отгибается в результате интенсивного использования.

На фиг.8 показан альтернативный вариант выполнения поворотных щеточных узлов 18, в котором колеса 22 имеют полые осевые углубления или отверстия 34, в которых размещаются элементы 36 оси, которые поддерживаются над поверхностью головки зубной щетки с помощью опорных стоек 38. Результатом являются ряды колес, установленные с возможностью вращения на зигзагообразной раме, стоящей над поверхностью головки зубной щетки. Элементы 36 оси могут быть целыми стержнями или могут быть выполнены в виде пар противоположных выступов, которые с защелкиванием входят в углубления или отверстия 34 на противоположных сторонах каждого колеса 22.

На фиг.9 показан другой альтернативный вариант выполнения, в котором каждое колесо 22 выполнено из двух частей, которые соединены друг с другом с образованием конструкции двойного колеса с периферийной кольцевой канавкой 54, которая взаимодействует с дополняющим контактным кольцом 56. В этом случае две части колеса 22 предпочтительно вставлены друг в друга с защелкиванием или соединены друг с другом по-другому во время сборки зубной щетки в показанном положении сцепления с контактным кольцом 56.

Наконец, как показано на фиг.10, указанный выше поворотный щеточный узел, установленный на поворотной опоре, можно выполнять также в альтернативных формах. На фиг.10 показан в качестве примера возможный вариант выполнения, в котором центральная, не вращающаяся ступица 60 колеса 22 установлена на опорном стержне 62 для обеспечения поворотного соединения, смещенного от центра центральной ступицы 60. Вращающаяся часть колеса 22 выполнена в виде наружного кольца 64, установленного снаружи с возможностью скольжения относительно центральной ступицы 60.

Ясно, что приведенные выше описания должны служить только примерами, и что возможны многие другие варианты выполнения внутри идеи и объема данного изобретения.