專利名稱：用于電動牙刷的流體分配和再充系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及流體分配電動牙刷，尤其是涉及這樣一種牙刷，其具有一個體內儲存器和再充裝置及一個流體通道裝置，該流體通道裝置包括一個位于牙刷刷頭部分中的泵元件。所述泵元件利用移動刷頭的動作將流體從體內儲存器移到刷頭上的硬毛處。
背景技術：
能防止或殺死引起牙科疾病的細菌的口部牙膏及/或藥物的有效輸送一直是需要的而且已經成為大量研究努力的目標。已經研制了多種裝置用以完成牙膏或藥物到硬毛的輸送，所述裝置包括主動的和被動的。這些裝置即包括手動的又包括電動的牙刷。手動牙刷通常使用一個手操作泵，例如Boscardin等的美國專利US4,221,492和Gingras等的美國專利US4,413,370，而電動牙刷使用多種手段，包括體內及體外的主動泵裝置，它們包括各種機械的、氣動的及液壓元件。
一些電動牙刷流體分配系統(tǒng)利用牙刷自身的動作將牙膏從儲存器抽到硬毛處，例如Giuliani等的美國專利US5,309,590中所示。一些用于手動和電動牙刷的流體分配系統(tǒng)的代表例包括Balamuth的美國專利US3,547,110；English等的美國專利US5,066,155；Lusting的美國專利US 5,208,933及Kuo的美國專利US 5,062,728。
用于牙膏的儲存器通常設置在牙刷的把手部分，例如′590專利中所示，或者設置在一個單獨的裝置中，例如′110專利中所示。在一些情況中，儲存器是一次性的，因此當儲存器中的流體被用完時，儲存器本身被拋棄并插入一個新的儲存器，這樣一種系統(tǒng)見′370專利。在其余的系統(tǒng)中，儲存器是可再充的。通常，儲存器包含用于流體牙膏或藥物的大量特殊應用的足夠流體。
用于將流體從刷頭進行分配的各種系統(tǒng)也是已知的。在一些情況中，流體從刷頭上的許多孔分配，例如′492專利中所示，而在其余的情況中，流體通過硬毛本身分配，例如Evans的美國專利US4,039,261中所示。
但是，流體分配系統(tǒng)往往難以操作，而且是不可靠和昂貴的。許多這種系統(tǒng)太復雜了以致不能可靠操作，而且/或不能正常工作，而其余系統(tǒng)由于流體管路或排出孔的堵塞或差的泵送作用等原因而不能工作。另外，難以設計一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一個足夠小的可以裝在一個普通牙刷結構中的泵。一般使用外部泵，它們體積大而且昂貴。這些泵元件，無論是體內的還是體外的，通常都太復雜了以致不能持續(xù)可靠地工作，或者太昂貴而不實用了。鑒于所有這些原因，用于手動和電動牙刷的流體分配系統(tǒng)還沒有特別成功。
由于潛在的利益，需要在電動牙刷中設置一個流體分配系統(tǒng)，該系統(tǒng)可靠而且設計足夠簡單以使制造和維修是切實可行的。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種用于電動牙刷的再充系統(tǒng)，用于和具有一個內置儲存器的電動牙刷一起使用，工作期間流體從該儲存器移到刷頭中的硬毛，內部儲存器具有至少一個使用單位的小容積，所述再充系統(tǒng)包括一個與電動牙刷分開的外部再充裝置，該再充裝置具有一個流體儲存器，其容納大量體積的流體，至少是若干使用單位容積的流體；和再充裝置及電動牙刷相聯的裝置，用于建立一條從再充裝置到電動牙刷的流體通道；用于通過流體通道將流體從再充裝置移到電動牙刷的內部儲存器中的裝置。
附圖的簡要描述

圖1是一個牙刷的示意圖，該牙刷包含本發(fā)明的流體分配系統(tǒng)。
圖2是圖1牙刷頭部的一個局部分解圖。
圖3是一個示意圖，表示本發(fā)明的流體分配系統(tǒng)的一部分。
圖4A和4B是本發(fā)明的流體分配系統(tǒng)的一個再充閥的橫剖圖，其中具有和沒有一個再充針(needle)。
圖5是一個局部分解圖，表示泵元件和刷頭。
圖6和7是表示流體在儲存器和刷頭之間運動的橫剖圖，包括移動流體的泵元件。
圖8是表示流體輸送系統(tǒng)分配閥的橫剖圖。
圖9到13表示本發(fā)明的再充裝置及再充圖1所示牙刷的體內儲存器的過程。
圖14是再充裝置的一個頂視圖。
實施本發(fā)明的最佳方式圖1表示一個典型的電動牙刷，其中使用了本發(fā)明的流體分配和再充系統(tǒng)。但是，應該強調的是本發(fā)明并不限于所示和所述的特定電動牙刷或者限于一種特定的刷頭運動。而且，本發(fā)明的原理可以應用于多種結構的電動牙刷，本發(fā)明的某些方面甚至可以用在手動牙刷中。
以標號10表示的圖1所示的電動牙刷包括一個把手部分12和一個可動頭部14。在把手部分中的是一個電動單元，包括驅動刷頭18的一個電磁驅動器和一個電池，刷頭以一種左右方式安裝在一個可轉動的臂上，這在下面將要詳細論述。牙刷10由一個按鈕打開/關閉開關19控制。
圖2是一個分解圖，表示圖1牙刷頭部14的基本元件。所述頭部包括兩個配合的主體元件22和24，其圍繞一個支承元件32裝配在一起。主體元件24包括一個用于刷頭18的伸出的護罩26。刷頭18安裝在一個轉臂30上，接著該臂被安裝在一個扭轉銷軸元件33周圍以便轉動，元件33在支承元件32的相對側之間延伸。轉臂30由牙刷把手部分12中的一個電磁驅動器(未示出)驅動，該驅動器作用在轉臂30端部的磁元件36上。有關這樣一種牙刷結構和操作的更詳細描述見Giuliani等的美國專利US5,378,153，其具有和本發(fā)明相同的受讓人。
橡膠密封38和塑料環(huán)40將臂30密封到主體元件22和24，防止潮氣返回頭部14。一個螺母部分15通過螺紋連接將頭部14連接到把手部分12。位于一個內腔46中的是一個體內儲存器50，該內腔由兩個配合的主體部分22和24形成。體內儲存器50一般是箭頭狀的，大約兩英寸長，具有沿其周邊連在一起的前后類似的彈性塑料板。該實施例所示的體內儲存器50通常容納一次刷牙所需的足夠流體，即一個“使用單位”。這種較小的體內儲存器容積是重要的，原因在于它容許一個流體儲存器設置在圖1所示牙刷結構的可動頭部14中。這種設置具有許多優(yōu)點，包括一個較短的流體通道和一個整體簡化的結構。因此，當替換頭部14時，例如當刷頭18的硬毛磨損時，儲存器50及相關的流體輸送系統(tǒng)是替換單元的一部分。
參照圖2和3，從儲存器50延伸的是一個短管部件52，該部件裝配到一個再充閥56的下端，這在下面詳細描述。位于管部件52入口上面、從再充閥56側面延伸的是一個彈性流體管路60，在該實施例中的是一個直徑約0.10英寸、長約1英寸的彈性塑料材料的管路。流體管路60連接到一個流體入口管62，管62的直徑約為0.05英寸并延伸到其鄰近端64處的刷頭18中。
圖5至8表示刷頭18中的流體輸送結構，包括一個流體泵66、一個位于基座元件76中從泵66延伸的流體輸送腔68、及一個流體分配閥70，該閥從輸送腔68向上延伸，經過刷頭表面71上的刷頭18進入牙刷的硬毛區(qū)域72。
流體入口管62延伸到刷頭18中，在該處它連接流體泵66的入口區(qū)域83(圖7)。流體泵66是一個不規(guī)則的塊，具有一個從其橫向延伸的柱狀孔75。流體泵66設置在細長的基座元件76的一端。細長的基座元件76約0.03英寸厚并具有一個挖去部分或腔部68，該部68從泵66大約延伸到基座元件76的另一端。該實施例中所示的腔部68約為0.015英寸深。
如圖5所示，該實施例中所示的流體泵66和基座元件76形成一個整體元件，該元件裝入刷頭下表面中的一個相匹配的腔77中。腔77被如此構造以便當該整體元件正確地設置在腔77中時提供一個用于泵66中柱狀孔75端部的固體密封。流體輸送腔68連接泵66的出口部分85和分配閥70的下端。當一體的泵和基座元件就位時，一個圍繞基座元件76中腔68的唇部84接觸刷頭中的一個配合表面87，提供一個圍繞腔68的液密密封。這樣腔68就作為一個連接泵66和分配閥70的流體輸送裝置。
泵66被構造的具有可以被解除的相對拐角，被解除的部分分別從柱狀孔75的相對開口端繞過該塊體的相鄰拐角延伸到一個位置，該位置近似位于沿泵66的鄰近側的中央。這種結構從圖6和7中看得最清楚。用作活塞的一個圓球63安放在氣缸孔75中。入口區(qū)域83重疊孔75的一段，而出口區(qū)域85重疊孔75的另一端。出口區(qū)域85連接到基座元件中的流體輸送腔68。因此，存在一個從管62到腔68的完整流體通道。球63在柱狀孔75中移動，當工作中刷頭從左到右運動時，對進入孔75的流體產生一種泵送作用。
對于具有作用到閥70的足夠流體壓力的正確的泵送操作，在球63和柱狀孔75的內表面之間留有適當的間隙是重要的。在所示實施例中，該間隙約為0.0015英寸。
操作中，在排出沖程期間，當球向孔75的排出或出口區(qū)域85運動時，流體即朝出口區(qū)域運動又繞過活塞朝孔75的入口區(qū)域83運動。在活塞的返回沖程(朝向入口區(qū)域83)，關閉的分配閥強迫流體繞經球朝向出口區(qū)域，準備下一個排出沖程。流率不完全取決于刷頭運動的大小，且因此是牙刷載荷的函數。當刷頭系統(tǒng)是一個共振系統(tǒng)時，例如′153專利中所述的，當硬毛與牙齒接觸時，流率增加。在流體通道的端部有或沒有分配閥都會出現泵送作用，而且工作中的泵送作用是自起動的，即它能泵送空氣。
由活塞頭的往復運動引起的活塞球63的往復動作迫使流體從泵的出口區(qū)域85流出并容許流體從流體管62進入入口區(qū)域83。在出口區(qū)域85中，流體繞泵體的拐角并沿鄰近側運動，被刷頭腔的壁約束到泵和基座元件裝配的地方中。流體進入基座元件76中的腔68，繞過靠近腔68端部的一個小轉向元件92進入分配閥70的基部96的內孔94中。
分配閥70如圖8所示。內孔94的直徑約為0.07英寸。所示實施例中的閥70為0.34英寸高。閥70被稱為一種“鴨嘴”閥，這是由于它在其自由端101處具有兩個會聚的唇部98和100。這兩個唇部98和100通常是關閉的，即被壓在一起，以防止流體泄漏和/或倒流。流體由刷頭的往復動作及泵的作用移送到閥70中，具有足夠的壓力強迫所述的兩個唇部98和100分開，在噴在活塞的各“排出”沖程中將流體分配到硬毛區(qū)域。所示的閥不僅防止作為一種潛在污染源的流體倒流，而且有助于使泵自起動并確定輸出流速。
“鴨嘴”閥70是已知的，其由一種彈性塑料材料制成，以便于唇部98和100的打開和關閉。在所示實施例中，閥70的自由端在刷頭基座上約伸處0.18英寸。它一般近似設置在硬毛縱向和橫向的中部，盡管這對于系統(tǒng)的正確工作是不必要的。
在工作中，當刷頭18左右運動以使活塞球在柱狀孔75的入口和出口端之間往復運動時，小體積的流體(約0.00013cc)將被依次從儲存器通過泵66移送到分配閥70。閥70的唇部98、100與各個小流體浪稍微分開，但在該浪經過之后再靠近。連續(xù)量的流體被強迫進入硬毛區(qū)域并由移動硬毛的動作輸送到牙齒的所需區(qū)域。
因此，在硬毛動作的過程中有一個流體到硬毛區(qū)域的連續(xù)輸送(以小的連續(xù)噴射)。該系統(tǒng)比已有的系統(tǒng)具有一些優(yōu)點。第一，流體輸送的連續(xù)(以連續(xù)噴射或脈沖的形式)特性防止流體在刷牙期間變稀，即這種情況，當流體是傳統(tǒng)的牙膏或口腔藥物時，它在開始刷牙時被引入。第二，應用本發(fā)明使所述流體的效果增強，這是由于流體能被直接供給硬毛作用的區(qū)域。
在所示牙刷的特殊作用中，以所述方式并具有′590專利所述的包括頻率和振幅的工作特性，牙膏或藥物流體的作用被反復增強，這是由于硬毛運動所產生的流體的空穴或其它作用。另外，這是流體到嘴部特定區(qū)域的精確輸送，包括齒齦線中及牙齒之間的牙齦區(qū)域。
因此，本發(fā)明的流體分配系統(tǒng)不僅實用和可靠，而且當它在選定的工作條件下使用時還具有顯著的治療效果，例如′590專利中牙刷的運動所產生的那些。
如上所述，所示實施例中的儲存器50具有一個使用單位的容積，即所述容積足夠一次普通長度的刷牙，即兩分鐘左右。本發(fā)明的系統(tǒng)還包括一個用于一個使用單位儲存器的再充系統(tǒng)。該再充系統(tǒng)如圖9至14所示。
圖9表示整體上的再充裝置，其與圖1所示的牙刷一起使用。為了再充牙刷頭部的一個使用單位的儲存器50，再充裝置102向下安裝在牙刷的頂部，牙刷的頭部和刷頭部分向上延伸到再充裝置102的內部。所述再充裝置包括一個殼體104，該殼體具有一個可以示出再充裝置一部分內部的可視窗106，因此用戶可以確保牙刷的正確插入。
圖10表示再充裝置的各部分。它包括殼體104和一個內芯元件110。內芯元件110包括一個下部112，該下部的構造可以容納牙刷頭部的上部并與其配合。刷頭18向上延伸穿過芯元件110中的一個孔114。芯元件110具有相對的側軌道116和118，它們在芯元件的外表面119上從芯元件的下邊緣117向上延伸。軌道116和118與殼體104內表面120上相應的配合導槽(未示出)配合。
這種設置容許芯元件110以可靠的方式在殼體104中上下運動一定的距離，沒有旋轉或左右運動。從芯元件110下部112的頂部向上延伸的是一個窄的延伸元件122，在其上端具有一個水平唇部124，在其底部具有兩個間隔開的翼形元件126和128，它們鄰近所述下部的頂部。芯元件110的下部112在其上端還包括一個鄰近翼形元件128的平面部分130。穿過該平面部分130延伸的是一個小孔132。孔132便于容納再充裝置的一個再充針。
位于芯元件110之上的是一個泵裝置140，其中包括一個再充儲存器111。位于泵裝置140之內的是一個填充針142，其與安裝到一個密封裝置144的針的底部141垂直地取向，密封裝置144以一種和泵室內周表面密封的關系裝配到泵裝置140的泵室部分145。位于泵裝置140頂部中的是一個孔150，該孔與泵裝置內的再充儲存器111連通。一個頂部元件154咬合到泵裝置140的上唇部156。在頂部元件154中央處的是一個腔形部分158，在該部分的底部有一個孔160(在圖10中局部地示出)，該孔可以與泵裝置中的孔150對準或不對準，這取決于所述頂部元件的轉動位置。當頂部元件處于正確位置以使這兩個孔160和150對準時，再充儲存器111可以通過這兩個孔填充。
圖11至13是橫剖圖，表示用于牙刷中一個使用單位儲存器50的再充過程的步驟。在圖11中，牙刷剛被設置在再充裝置內部，芯元件110位于其最下位置。在該位置中，延伸元件122的唇部124保留在再充裝置內部的一個接收槽170中，和沒有牙刷位于再充裝置中的情況相同。在該位置中，填充針142的下端164恰好穿過芯元件表面130中的孔132。針底部141及密封裝置144位于泵室145內的它們的最下位置。泵室145內的一個彈簧174趨于將針底部141及密封裝置144保持在其最下位置。泵室145(原文為144？)下端的室入口閥176位于其關閉位置，如圖所示。針142的主體通過密封件178被密封到室145的下邊緣元件149。
當牙刷再被用戶插入芯元件110中時，牙刷頭部的特殊構造的彎曲肩部推靠牙刷元件122底部的翼形元件126、128(圖10)。該動作迫使延伸元件122向后足夠的距離，以便延伸元件頂部的唇部124移出接收槽170，同時容許芯元件在再充裝置中再向上移動。另外由用戶作用在牙刷上的向上壓力導致芯元件110的進一步向上運動，填充針142進一步穿過芯元件中的孔132并進入牙刷頭部14的再充閥56中(圖2所示)。
圖12表示芯元件運動的一個中間位置，在該處芯元件110的上表面抵靠填充針142的一個肩部180。為了到達該中間位置，芯元件已經在填充裝置中向上運動了，但針本身及填充針142的底部141連接的密封裝置144都還沒有在泵室145中運動。入口閥176保持關閉。
現在參照圖13，牙刷的進一步向上運動將導致芯元件110在填充裝置中的進一步向上運動，所述芯元件向上推靠在填充針142的肩部180。針142、其底部141及密封裝置144在泵室145中向上移動，抵抗彈簧174的作用，在針底部141和泵室145的下端產生一個容積187。來自填充儲存器的流體由通過入口閥176的真空作用抽到容積187中，所述閥向上運動。當針底部141及密封裝置144抵抗泵室145中彈簧174的作用向上移動時，容積187充滿流體。
填充針142具有沿其周邊隔開的孔，在該處它連接底部141。更詳細地說，針142通過一種“交叉絲”結構連接底部141，“交叉絲”結構的相鄰部分之間的空間通到針的中空內部。當芯元件在填充裝置中到達其最高位置時，容積187具有近似4ml的容量而且完全充滿來自填充儲存器111的流體。
在該位置處，刷頭稍回退。當牙刷被抽回時，彈簧174的作用迫使密封裝置144、針底部141及填充針142本身在泵室145中向下移動，從而減小容積187。容積187中的流體被強迫通過填充針底部的“交叉絲”孔向下進入并通過填充針142的中空內部并從所述針下端的孔188出去。
如上所述，在此位置處的針142中的孔188是位于牙刷的填充閥中。參照圖4A和4B，針142向下延伸穿過閥56中的一個頂部密封元件189近似到達其下端190。在區(qū)域193中閥56密封地圍繞針142，防止流體從針通過排出口194的任何倒流，出口194與流體管路60連接。從所述針中地孔188出來的流體通過口192進入流體管路52(圖3)，其導向體內儲存器50。
從填充裝置進入儲存器50的流體量在所示實施例中約為4毫升，這是適于一次使用單位的量。但是，如果需要的話，取決于儲存器的容量，其它量可以被分配到體內儲存器中。當牙刷從填充裝置被充分地往回拉時，所述針、其底部及密封裝置回到它們在再充裝置中的原始位置，如圖12所示。然后將牙刷從所述再充裝置拆下，準備一次使用流體，即一次刷牙。體內儲存器50的再充發(fā)生在每次刷牙之前。
當所示實施例包括一個一次使用單位的儲存器，而且該儲存器正為每次刷牙而被填充時，可以調整儲存器以便容納多于一次使用的流體。但是，外部再充裝置對于儲存器的方便再充仍是有用的，容許使用一個位于牙刷體內的較小流體儲存器，因此節(jié)約了空間和泵送需求。
至此，已經描述了用于電動牙刷的一種新的流體分配和再充系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括位于牙刷可動頭部中的一個小的使用單位儲存器一個流體管路從所述儲存器延伸到位于刷頭中的一個小泵元件中。該泵元件隨著刷頭的往復運動提供了流體從儲存器到牙刷頭中一個分配閥的運動，從而使流體移動到硬毛。
盡管本發(fā)明的優(yōu)選實施例在此處是被作為示例的，但應該理解在不偏離本發(fā)明精神的情況下該實施例可以包含各種改變、變型及替換，這由所附的權利要求限定。
權利要求
1.一種用于電動牙刷的再充系統(tǒng)，用于和具有一個內置儲存器的電動牙刷一起使用，工作期間流體從該儲存器移到刷頭中的硬毛，內部儲存器具有至少一個使用單位的小容積，所述再充系統(tǒng)包括一個與電動牙刷分開的外部再充裝置，該再充裝置具有一個流體儲存器，其容納大量體積的流體，至少是若干使用單位容積的流體；和再充裝置及電動牙刷相聯的裝置，用于建立一條從再充裝置到電動牙刷的流體通道；用于通過流體通道將流體從再充裝置移到電動牙刷的內部儲存器中的裝置。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，包括一個位于電動牙刷中的再充閥元件，所述閥元件包括通向所述牙刷中儲存器的第一連接件和通向牙刷中一個泵元件的第二連接件。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述再充裝置的結構容許牙刷以一種相互配合的關系插入牙刷中，以便當牙刷以一種選定關系處于再充裝置內時，所述流體通道從再充裝置建立到電動牙刷。
4.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述再充裝置包括一個再充針，該針在其一端具有一個孔，用于將流體通過再充閥排出到電動牙刷中的內部儲存器；在其另一端具有一個孔，用于從再充裝置中的儲存器接收流體，其中所述牙刷適于安裝到再充裝置中，以便當再充閥和牙刷處于一種特定的位置關系時，所述針穿入所述再充閥。
5.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述再充系統(tǒng)包括一個可在兩個位置之間移動的頂部元件，其中在一個位置中頂部元件中的一個孔與再充系統(tǒng)其余部分的頂面中的一個孔近似對準，導向其中的儲存器，因此再充系統(tǒng)中的儲存器可以被方便地再充，而在另一位置，所述頂部元件中的孔完全不與再充系統(tǒng)其余部分的頂面中的孔對準。
6.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述再充裝置包括一個可在其中運動的芯元件，所述芯元件的結構可以容納包括刷頭的牙刷上部，因此當壓力施加到抵靠芯元件的牙刷上時，芯元件運動，首先導致再充裝置中的一個中空針元件穿入牙刷中的再充閥，而且其中抵靠芯元件的刷頭的進一步運動導致所述針在再充裝置中的進一步運動，所述針具有一個底部和一個位于再充裝置的泵室部分中的密封元件，其中當牙刷運動到其在再充裝置中的最高位置然后再向下運動時，流體進入泵室，然后進入中空針中，所述流體經過所述針、再充閥并進入牙刷儲存器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于電動牙刷的再充系統(tǒng)，用于和具有一個內置儲存器的電動牙刷一起使用，工作期間流體從該儲存器移到刷頭中的硬毛，內部儲存器具有至少一個使用單位的小容積，所述再充系統(tǒng)包括一個與電動牙刷分開的外部再充裝置，該再充裝置具有一個流體儲存器，其容納大量體積的流體，至少是若干使用單位容積的流體；和再充裝置及電動牙刷相聯的裝置，用于建立一條從再充裝置到電動牙刷的流體通道；用于通過流體通道將流體從再充裝置移到電動牙刷的內部儲存器中的裝置。
文檔編號A61C17/22GK1589753SQ200410075218
公開日2005年3月9日 申請日期2000年1月7日 優(yōu)先權日1999年1月13日
發(fā)明者S·E·哈爾, J·N·拉里默, K·米勒, R·泰勒 申請人:皇家菲利浦電子有限公司