用于通過刷毛動作確定牙齒上的壓力負載的力和動態(tài)負載測量的組合的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明一般涉及具有刷毛壓力傳感器的電動牙刷，并且更具體地涉及具有改進的 壓力傳感精度的牙刷。
【背景技術】
[0002] 壓力傳感器在電動牙刷中的使用是公知的。這樣的傳感器，也稱為負載傳感器，以 克為單位實際測量刷毛區(qū)施加于牙齒的力。然而，這種傳感器的結果除了由用戶動作所產 生的對著牙齒的直接刷毛力之外，通常包括其它類型的負載，例如由面頰、舌和嘴唇產生的 負載。除了其它負載，對著牙齒的刷毛壓力的準確指示將為用戶提供更好的信息，以及使器 具更有效地適應。
[0003] 因此，理想的是提供一種壓力/力感測系統(tǒng)，其為用戶提供了有關過大的力的應 用的更準確信息。

【發(fā)明內容】

[0004] 因此，具有壓力傳感器的電動牙刷包括：用于通過直接力測量確定牙刷的刷毛施 加在用戶的牙齒上的壓力的系統(tǒng)；用于通過動態(tài)力測量確定牙刷的刷毛施加在用戶的牙齒 上的壓力的系統(tǒng)；和響應于通過直接力測量和動態(tài)力測量所確定的壓力來調整指示過度刷 毛力的壓力的預先建立量的處理系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0005] 圖1是當正在刷牙齒的外（頰）面時，用戶的口腔和牙刷的各個部分的平面圖。
[0006] 圖2是圖1的正視圖。
[0007] 圖3是當正在刷牙齒的內（舌）面時，用戶的口腔和牙刷的平面圖。
[0008] 圖4是圖3內的口腔的俯視圖。
[0009] 圖5是牙刷的產生壓力信息的一部分的簡化圖。
[0010] 圖6是霍爾效應傳感器的半周期的輸出，其具有校準至用于器具的驅動信號的輸 出信號。
[0011] 圖7是類似于圖6的示意圖，其示出了由負載造成的輸出信號相移。
[0012] 圖8從圖5的傳感器產生直接力信息的流程圖。
[0013] 圖9是用于從圖5的傳感器確定動態(tài)力信息的流程圖。
[0014] 圖10是一個圖表，其顯示了來自于圖6和圖7中的信息如何被用于調整由用戶施 加的過大的力的觸發(fā)點/閾值。
【具體實施方式】
[0015] 除了牙刷刷毛作用在牙齒上的壓力，在刷牙動作期間還存在由口腔中的組織產生 的幾種類型的負載。存在一種彈簧負載，其是通過刷毛對牙齒的動作產生的。還有一種呈 摩擦形式的阻尼動作，其發(fā)生于靠著支撐牙刷刷毛的刷毛板的臉頰，靠著牙齒的刷毛，靠著 刷毛板的舌頭和靠著牙刷的頸部的嘴唇之間，更進一步，存在一種通過靠著刷毛板的臉頰， 以及靠著刷毛的牙齒，靠著刷毛板的嘴唇，靠著刷毛板的舌頭，靠著牙齒的刷毛和靠著刷毛 的牙齒所產生的負載。
[0016] 這些對于牙齒的外（頰）面的不同負載示于圖1和圖2中，而圖3和4示出了對 于內（舌）面的負載。牙齒被示出為12,臉頰示為14,舌頭示為16,并且嘴唇示為18。牙 刷總體顯示為20,牙刷的頸部示為22,刷毛板部示為24,并且刷毛示為28。壓力傳感器系 統(tǒng)，試圖測量刷毛對牙齒的力/負載，以便為用戶提供關于相對于其上可能壓力過大的力， 以及用于清潔效果的最小力的應用的信息，然而，這種傳感器實際上不只是測量對牙齒的 刷毛壓力，因此為用戶提供相對于過度壓力的有點不準確的信息。具體地，除了對牙齒的直 接刷毛壓力，由于某些口腔組織的包含，用于為用戶產生過度壓力指示的觸發(fā)點（閾值）可 能太高或太低。如果過高，可能在沒有警告的情況下引起損害，并且如果過低，效果可能降 低。
[0017] 本發(fā)明被設計用于為用戶提供更精確和消息靈通的觸發(fā)點信息，特別是關于由刷 毛施加到牙齒表面上的壓力或力的更精確的/明確的信息。在本發(fā)明中，兩個不同的力確 定系統(tǒng)被使用，并且從每個系統(tǒng)中獲得的信息被相對于表格使用以影響提供給用戶相對于 可能的超載或過度壓力的信息。例如，如果在處理器中觸發(fā)點被設定為300克，由兩個不同 的壓力傳感器系統(tǒng)提供的信息，以及關于峰-峰值的信息，被用來調整預設定值，警告在該 值下被提供給用戶。一個壓力感測系統(tǒng)提供直接力或位移信息，而另一個感測系統(tǒng)提供動 態(tài)力信息。
[0018] 存在幾種提供直接力或位移信息的感測裝置，和提供動態(tài)力信息，以及峰-峰值 信息的裝置。
[0019] 在本裝置中，直接力或位移信息是由霍爾效應傳感器裝置提供的，而動態(tài)負載信 息也是由霍爾效應傳感器提供的，其被用于測量磁場響應相對于驅動信號的相位之間的相 移。然而，其它裝置也可以被使用，以提供位移和動態(tài)負載感測信息。
[0020] 圖1示出了電動牙刷的簡化視圖，其被設置成包括霍爾效應感測裝置，以產生位 移和動態(tài)負載信息兩者。整體示為29的電動牙刷包括手柄30、刷頭組件32和一組刷毛34， 其中刷毛板36被定位在刷頭組件的頸部37的遠端。該刷頭組件通常從手柄部分可移除。 該電動牙刷包括整體以40示出的傳動系組件，其由可再充電電池供電。該電動牙刷還包括 微處理器46,其為傳動系產生驅動信號，還處理來自霍爾效應傳感器/多個霍爾效應傳感 器的信號信息以提供位移和動態(tài)負載信息。在傳動系40的后部的是磁體48。在所示實施 例中，磁體的尺寸如下：13. 4mmX9.0mmX4. 0mm。合適的磁體的一個例子是釹。其它磁體也 可以使用。安裝在電動牙刷內部的是霍爾效應傳感器或多個霍爾效應傳感器52?；魻栃?傳感器52可被安裝在電動牙刷內的各種位置。在一個實施例中，一個霍爾效應傳感器被安 裝到柔性電路上，其被附連到包含微處理器的印刷電路板，從而當牙刷在操作中移動時，霍 爾效應傳感器可以響應于變化的磁場。這將導致動態(tài)力確定，如下面所解釋的。
[0021] 另一個霍爾效應傳感器53可以安裝在牙刷的傳動系框架上，位于距磁體大約 2. 3_處，與其大約在同一平面中。該霍爾效應傳感器識別由于靠著牙齒的刷毛區(qū)上的力， 安裝或設置在諸如V型彈簧實施例中的傳動系的橫向位移，從而傳動系的后端響應于用戶 的力橫向移動。
[0022] 在操作中，相對于當傳動系的后端和磁體來回擺動通過選擇的角度時的直接力 (位移）的信息，霍爾效應傳感器53的電壓輸出正弦變化?；魻栃獋鞲衅鞯碾妷狠敵鰧?根據變化的磁場而改變。變化的磁場為確定相對于位移施加到刷毛的力的量提供了基礎。 當力被施加到刷毛區(qū)時，包括磁體的傳動系的后端樞轉，從而在霍爾效應傳感器的方向上 產生磁鐵的橫向位移。當磁體更接近傳感器時，霍爾效應傳感器足夠敏感以檢測磁場的變 化。在牙刷內的微處理器包括呈響應曲線形式的信息表，其涉及霍爾效應傳感器對磁體位 移以及因此對施加到刷元件的力的電壓輸出。磁體的位移將導致霍爾效應傳感器的電壓輸 出相對于在空載條件下的電壓輸出的變化。因此，傳感器輸出的變化是施加到刷毛區(qū)的位 移力的可靠指示。此處參考美國臨時專利申請第61/695396號，其涉及用于牙刷的直接力 (位移）壓力信息系統(tǒng)。
[0023] 相對于動態(tài)負載信息的產生，正弦輸出也由霍爾效應傳感器在空載條件下產生。 在這種裝置中，霍爾效應傳感器檢測用于器具的驅動信號和由磁體48的運動所產生的刷 頭組件的機械響應之間的相位，隨著刷毛區(qū)壓力變化的變化。隨著壓力增加，相移增加。通 常，相位變化在壓力（力）的限定變化內將是線性的，所述限定變化例如從〇克到至少300 克，在該點處，壓力通常已超過舒適性和有效性的最大值。信息也被存儲在微處理器中，對 于被測試的特定器具，其具體將相移信息和值與施加的力聯(lián)系起來，使得特定相移是施加 到牙刷的刷毛區(qū)的壓力/力，特別是動態(tài)力的準確指示。
[0024] 驅動信號通常是方波，其在一個周期中從零電平上升到正值，并在由驅動頻率確 定的時間之后下降到相反極性的一個值，驅動信號周期持續(xù)用于每個事件的牙刷的操作持 續(xù)時間。在所示的實施例中，驅動頻率為250赫茲，運動的幅度在9至1Γ之間。然而，這 僅是操作的一個例子。頻率和幅度可以變化。
[0025] 牙刷最初被校準以確定方波電動機驅動信號和機械響應信號之間存在的時間偏 移，如由來自于霍爾傳感器的信號輸出所指示的。這是在空載條件下完成的，從而使電動機 驅動信號和響應信號之間的靜態(tài)相位關系是已知的，并且可以在牙刷的實際操作期間，實 際上是用于信號處理的調零。<