ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УХОДА ЗА РОТОВОЙ ПОЛОСТЬЮ СО СБОРОМ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
ORAL CARE INSTRUMENT WITH MECHANICAL ENERGY COLLECTOR

Уровень техники
Настоящая заявка относится к инструменту для ухода за ротовой полостью, в частности к зубной щетке с устройством и схемой сбора механической энергии. Зубная щетка является частью ежедневной деятельности гигиены ротовой полости. Надлежащая профилактика заболеваний ротовой полости касается регулярной чистки нитью межзубных промежутков, чистки щеткой и стоматологического обследования. Зубные врачи в общем рекомендуют, чтобы человек чистил его или ее зубы с минимальным временем чистки таким, как две минуты. Несмотря на такие рекомендации, многие люди, особенно маленькие дети, не регулярно чистят зубы с рекомендуемым минимальным временем. Человеку часто можно приписать такие привычки относительно чистки зубов щеткой как повседневную обязанность с небольшими приятными аспектами.
Краткая сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к инструменту для ухода за ротовой полостью с устройством и схемой сбора механической энергии. В одном объекте инструмент для ухода за ротовой полостью может предупреждать потребителя, когда подходящий уровень очистки достигнут.
Многие схемы сбора механической энергии можно использовать в инструменте для ухода за ротовой полостью, чтобы собирать механическую энергию от чистки и преобразовывать такую механическую энергию в электрическую энергию, которую можно использовать позже. Например, инструмент для ухода за ротовой полостью может иметь ручку, головку с элементами чистки зубов, устройство или схему сбора механической энергии (чтобы преобразовывать механическую энергию в электрическую энергию), аккумулятор электрической энергии (для хранения электрической энергии) и переключающую схему, чтобы закрывать электрическое соединение с запоминающим устройством, когда предварительно определенное напряжение достигнуто.
В одном объекте предварительно определенное напряжение можно определять, принимая во внимание обычную длину хода щетки, количество ходов и усилие чистки.
В одном объекте схема сбора механической энергии может включать в себя одно или более пьезоэлектрических устройств, установленных, чтобы генерировать электричество в ответ на отклонения или изгиб головки зубной щетки и/или элементов чистки зубов.
В одном объекте схема сбора может включать в себя один или более электромагнитных генераторов, имеющих проводные катушки и подвижные магниты, чтобы наводить электрический ток, когда магниты проходят через катушки из-за перемещения зубной щетки во время чистки.
В другом объекте можно использовать схему выпрямителя, чтобы выпрямлять электричество, порожденное схемой сбора перед запоминанием в запоминающем устройстве, и можно использовать регулятор напряжения, чтобы обеспечивать выходной сигнал постоянного уровня, когда запоминающее устройство разряжается.
Другие признаки и варианты осуществления описаны в следующих разделах.
Краткое описание чертежей
Здесь признаки станут более понятыми из данного здесь ниже подробного описания и прилагаемых чертежей, которые даны только с целью неограничивающей иллюстрации.
Фиг.1A - вид в продольном разрезе конструкции зубной щетки в соответствии по меньшей мере с одним объектом изобретения.
Фиг.1B - вид в продольном разрезе альтернативной конструкции зубной щетки в соответствии по меньшей мере с одним объектом изобретения.
Фиг.1C - вид в продольном разрезе альтернативной конструкции зубной щетки в соответствии по меньшей мере с одним объектом изобретения.
Фиг.1D - вид в продольном разрезе альтернативной зубной щетки в соответствии по меньшей мере с одним объектом изобретения.
Фиг.2 - электрическая схема, иллюстрирующая примерную конфигурацию схемы в соответствии по меньшей мере с одним объектом изобретения.
Фиг.3 - вид в поперечном разрезе меняющейся конструкции головки, взятом по ширине зубной щетки в соответствии по меньшей мере с одним объектом изобретения.
Фиг.4 - электрическая схема, иллюстрирующая альтернативную конфигурацию схемы.
Подробное описание изобретения
Следующее подробное описание относится к прилагаемым чертежам. Одинаковые ссылочные позиции на различных чертежах идентифицируют те же или подобные элементы.
Как иллюстрировано на фиг.1A-1D, инструмент для ухода за ротовой полостью, такой как конструкция 100, 300, 400, 500 зубной щетки, может включать в себя головку 101 щетки и ручку 102. Головка 101 может быть сменной головкой, которая съемным образом соединена с ручкой 102, или ее можно за одно целое образовывать и прикреплять к ручке 102.
Головка 101 может включать в себя один или более элементов чистки зубов, таких как область щетин 103. Как используется здесь, термин "элементы чистки зубов" или "чистящие элементы" включает в себя любой тип конструкции, которая является обычно используемой или подходящей для использования в обеспечении помощи гигиены ротовой полости (например, чистка зубов, полировка зубов, отбеливание зубов, массирование, стимулирование и т.д.), вступая в контакт с участками зубов и десен. Такие элементы чистки зубов включают в себя, но не ограничены пучками щетин, которые можно образовывать с множеством различных форм и размеров, и резиновые элементы чистки, которые можно образовывать с множеством различных форм и размеров, или комбинацию и пучков щетин, и резиновых элементов чистки.
Обращаясь теперь к конструкции 100 зубной щетки фиг.1A, отметим, что головка 101 может также включать в себя один или более энергообразующих устройств, таких как пьезоэлектрические устройства 104. Пьезоэлектрические устройства 104 можно выполнять в контакте со щетинами 103 или вблизи с ними так, чтобы перемещение щетин вызывало воздействие или нажатие на устройства 104. Например, данную щетину можно прикреплять к консольному участку устройства микроэлектромеханической системы (МЭМС), чтобы воздействовать или нажимать на устройство 104. Консоли МЭМС обычно изготавливают из нитрида кремния (SiN), кремния (Si) или различных полимеров. В консольных устройствах МЭМС близлежащий конец чистящего элемента (например, щетина или резиновый элемент) присоединяют к "консольному" участку устройства МЭМС. В этой конструкции перемещение по оси Z чистящего элемента вызывает отклонения в устройстве МЭМС, которое вызывает электрический потенциал. Однако количество электрической энергии зависит от коэффициента эластичности материала, толщины консольного участка и пьезорезистивного материала устройства МЭМС.
Воздействие или нажим заставляют пьезоэлектрическое устройство 104 генерировать небольшое количество электрической энергии, такое как напряжение. Как будет объяснено ниже, головка 101 может также включать в себя электропроводку и схему, чтобы переносить это напряжение к другим частям зубной щетки 100, и эту электрическую энергию можно в конечном счете использовать, чтобы приводить в действие одно или более выходных устройств 105.
Обращаясь к конструкции 300 зубной щетки фиг.1B, отметим, что головка 101 может также включать в себя одно или более пьезоэлектрических устройств 106, на которые воздействуют или нажимают естественным изгибом головки 101 вдоль продольной оси X-X, который возникает во время обычного действия чистки зубов. Величина изгиба или отклонения вдоль продольной оси может зависеть от типа материала и толщины головки 101. Например, для образования головки 101 можно использовать жесткие пластмассы или смолы, такие как полипропилен. Для обеспечения управляемого профиля пространственного искривления и/или сосредоточения изгиба в региональных областях головка 101 может включать в себя одно или более шарнирных соединений 107, расположенных поперек (например, вдоль оси Y) продольной оси X-X. В одной конструкции соединения 107 можно располагать перпендикулярно продольной оси зубной щетки. В других конструкциях соединения 107 могут быть выемками или канавками, имеющими меньше материала головки в области головки 101, чем в ее непосредственном окружающем участке. В альтернативной конструкции соединения 107 можно образовывать из менее жесткого материала, чем другие участки головки (например, прорезиненные или резиновые секции в соединениях 107). Гибкость головки 101 (например, перемещение по оси Z) облегчает усовершенствованную очистку языковых и лицевых поверхностей зубной пастой на элементах чистки зубов. Кроме того, перемещение по оси Z элементов чистки зубов облегчает улучшенную межпроксимальную очистку, а также очистку коронок коренных зубов человека. Таким образом, зубная щетка обеспечивает улучшенные признаки сбора энергии и способности очистки.
Пьезоэлектрические устройства 106 можно размещать около соединений 107, чтобы доводить до максимума воздействие или нажатие, испытываемое устройством 106, когда головка отклоняется или сгибается вдоль продольной оси X-X во время чистки. Однако головку 101 можно крутить, чтобы иметь крутящий компонент, который вызывает нажатие на пьезоэлектрическое устройство 106. Изменения в нажатии на устройство 106 вызывают электрическую реакцию в пьезоэлектрическом устройстве. Следовательно, во время чистящего действия, пьезоэлектрические устройства 106 могут испытывать комбинацию различных типов перемещений, включающих в себя, например, отклонения вдоль продольной оси и крутящую составляющую относительно той же продольной оси.
Как показано на фиг.1B, пьезоэлектрические устройства 106 можно размещать непосредственно выше и по центру относительно шарнирного соединения 107. В альтернативной конструкции головки, которая показана на фиг.3, соединения или канавки 308 можно располагать вдоль или в общем параллельно продольной оси X-X зубной щетки. В этой конструкции канавки 308 расположены поперек ширины W головки. Пьезоэлектрическое устройство 304 можно размещать непосредственно выше и по центру относительно шарнирного соединения 308. В качестве альтернативы, устройство 304 можно размещать под областью щетины, подобно устройству 104. В этих конструкциях продольных соединений головка 101 может сгибаться при перемещениях по сторонам (например, по ширине) и обеспечивает улучшенные признаки сбора энергии.
Обращаясь теперь к фиг.1A и 1B, отметим, что с пьезоэлектрическими устройствами 104, 106 количество созданной электрической энергии будет изменяться пропорционально количеству усилия, используемого потребителем для чистки зубов. Индивидуальные диапазоны работы будут зависеть от типа пьезоэлектрического материального и выбранной конфигурации, и по желанию можно использовать любой тип и конфигурацию пьезоэлектрического материала. Дополнительно, можно использовать различные типы пьезоэлектрических устройств. Устройство 106 может быть большим по конструкции, чем устройство 104. В одной конструкции устройство 104, 106 может быть устройством микроэлектромеханической системы (МЭМС), которое включает в себя консольный участок, прикрепленный к каждой из множества щетин 103.
Обращаясь к конструкции 400 зубной щетки фиг.1C, отметим, что зубная щетка 400 может также включать в себя один или более электромагнитных генераторов 108. Каждый генератор 108 может включать в себя проводную катушку 109 и магнит 110, который сконфигурирован, чтобы свободно перемещаться через катушку 109, когда зубная щетка 100 совершает возвратно-поступательное движение вдоль своей продольной оси (горизонтальной, как изображено на фиг.1). Эту конфигурацию можно осуществлять множеством способов. Например, катушку 109 можно вмещать в трубку непроводящего материала, имеющего низкий коэффициент трения, а магнит 110 (который можно также вмещать в кожух в подобный материал) можно центрально выравнивать внутри трубки. Непроводящий материал, имеющий низкий коэффициент трения, должен быть биологически совместимым. Примером такого материала является поликарбонат.
Когда зубная щетка 400 совершает возвратно-поступательное движение, магнит 110 совершает возвратно-поступательное движение через катушку 109, наводя небольшое количество тока в катушке 109. Количество генерируемого тока будет зависеть от нескольких факторов, таких как мощность магнита, количество петель в катушке и скорость, на которой магнит перемещается. Головка 101 может включать в себя дополнительную электропроводку и схему, чтобы передавать этот ток другим частям зубной щетки, как будет объяснено ниже.
Обращаясь к фиг.1D, отметим, что конструкция 500 зубной щетки может включать в себя комбинацию признаков конструкций 100, 300 и 400 зубной щетки для сбора энергии.
Фиг.2 иллюстрирует электрическую схему, которую можно использовать с зубной щеткой 100. Как иллюстрировано, устройство 201 сбора энергии представляет устройства 104, 106 и/или электромагнитные генераторы 108, которые находятся в зубной щетке 100. Зубная щетка 100 может иметь один, некоторые или все такие устройства, как устройства сбора энергии, и они в общем представлены на фиг.2.
Устройство 201 сбора энергии может генерировать выходной сигнал переменного тока из-за возвратно-поступательного движения зубной щетки 100 и/или изгибания головки 101 и/или щетины 103. Например, генератор 108 может генерировать выходной сигнал переменного тока при использовании (например, генерируя положительный ток, когда зубную щетку перемещают в одном направлении, и отрицательный ток, когда зубную щетку перемещают в противоположном направлении). Этот выходной сигнал можно подавать на схему 202 выпрямителя, чтобы преобразовывать выходной сигнал переменного тока в выходной сигнал постоянного тока. Можно использовать любой тип схемы 202 выпрямителя, в зависимости от типа выходного сигнала, генерируемого конкретными пьезоэлектрическими устройствами 104, 106 и/или генератором 108, и от типа желаемого выходного сигнала.
Затем схему 202 выпрямителя можно соединять с аккумулятором 203 электроэнергии. Устройство 203 может быть любым типом устройства, которое может принимать электрическую энергию (заряд) и хранить ее для более позднего использования. Например, можно использовать конденсаторную или перезаряжаемую батарею, чтобы хранить электрическую энергию от выпрямителя 202 в форме накопленного заряда. Фактическое количество накопленного заряда будет зависеть от типа и количества устройств 201 сбора энергии, используемого в зубной щетке, а аккумулятор 203 электроэнергии может действовать как интегратор, суммирующий заряды, генерируемые каждым движением, изгибом или величиной хода зубной щетки.
Энергия, сохраненная в аккумуляторе 203 энергии, будет накапливаться, когда зубную щетку используют, а переключающую схему 204 можно использовать, чтобы регулировать высвобождение этой энергии. Схема 204 выключателя может поддерживать электрическое соединение между запоминающим устройством 203 и выходной нагрузкой 206 в открытом состоянии до тех пор, пока уровень напряжения в запоминающем устройстве 203 не достигнет предварительно определенного уровня, и затем закрывает это соединение, когда напряжение достигает предварительно определенного уровня, чтобы разгружать устройство 203 и обеспечивать возможность выходной нагрузке 206 использовать накопленную энергию. Одним примерным вариантом осуществления переключающей схемы 204 является однопереходный тринистор (ОПТ) или тиристор, с конфигурацией, как показано на фиг.2. Зная напряжение включения ОПТ и желаемое предварительно определенное напряжение запоминающего устройства 203, отношение значений R1/R2 резистора можно выбирать так, чтобы ОПТ включался, когда напряжение устройства 203 достигнет этого предварительно определенного уровня напряжения.
Такой предварительно определенный уровень напряжения можно выбирать, чтобы отображать подходящую величину чистки зубов. Например, он может быть основан на обычной длине хода и/или усилия чистки. Если обычная чистка зубов, как ожидают, выполняется для прохождения величины S хода при силе F Ньютонов прежде, чем выключатель 204 должен будет закрыться, и обычная длина хода составляет Lm по длине, то известно, что обычная чистка будет создавать (S ходов)*(Lm/ход)*FN=X джоулей энергии. Когда накопленное напряжение в запоминающем устройстве 203 будет соответствовать такому количеству работы, выполненному во время чистки, выключатель закроется.
Во время чистки пьезоэлектрические устройства 104, 106 создадут известное количество напряжения за данное количество сгибающего усилия, а электромагнитный генератор 108 генерирует известное количество тока за каждый раз, когда магнит 110 проходит через катушку 109. Эта энергия будет накоплена в запоминающем устройстве 203, и соответственно запоминающее устройство 203 действует как форма интегратора, достигающего всей механической работы, выполненной потребителем по чистке. Если потребитель будет чистить быстрее, или тяжелее, то запоминающее устройство 203 накопит заряд быстрее, чем если потребитель будет чистить медленнее или с меньшим количеством усилия.
Когда предварительно определенное напряжение было накоплено, переключающая схема 204 может закрывать электрическое соединение и накопленное напряжение в устройстве 203 можно разряжать и использовать для множества целей. Например, выходные устройства 206 могут включать в себя устройства, которые сообщают потребителю, когда достаточная чистка совершилась. Такие сообщающие устройства могут принимать множество форм, таких как светоизлучающий диод (СИД) или другой освещенный дисплей, динамик, создающий слышимый тон, и/или механический вибратор. Например, дисплей можно размещать на зубную щетку, чтобы помогать в оповещении выходного сигнала. Дисплей может включать в себя дисплеи светоизлучающего диода (СИД), экран текстового дисплея, индивидуальный свет или любую другую желаемую форму визуального выходного сигнала. Например, дисплей может быть органическим СИД или электролюминесцентной полоской, которую можно настраивать, чтобы обеспечивать желаемую люминесцентную характеристику, такую как цвет, температура, интенсивность и т.д. Технологию OLED (органического светоизлучающего диода) или ЭЛ (электролюминесцентную) можно внедрять в прессованное изделие зубной щетки, или можно прикреплять к поверхности корпуса зубной щетки. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение не ограничено каким-либо конкретным типом дисплея.
В некоторых осуществлениях зубная щетка полагается полностью на механически собранную энергию, чтобы приводить в действие эти выходные устройства, таким образом устройства можно конфигурировать устройствами очень малой мощности. Например, можно использовать энергосберегающий СИД с низким энергопотреблением, с токоограничивающим резистором, или пьезоэлектрический звонок постоянного тока в качестве звукового устройства, или пьезоэлектрический вибратор в качестве вибрирующего устройства.
Выходные устройства 206 могут выполнять другие функции помимо уведомления потребителя, когда чистка завершена. Например, энергию можно использовать для активных составляющих, таких как микронасосы и клапаны насоса, чтобы подавать энергию на предварительно определенных стадиях во время чистки. Например, отдельную энергию или разновидность можно автоматически подавать в середине чистки. Энергию можно альтернативно использовать в качестве дополнения к энергии, обеспеченной другой батареей на зубной щетке (например, для воспроизведения видеоигры, воспроизведения музыки или любой другой работающей от батареи функции), или перезаряжать такую отдельную батарею. В некоторых конфигурациях зубная щетка 100, 300, 400, 500 может быть обычной электрической вибрирующей зубной щеткой (с вибрирующей головкой/щетинами, двигателем, электропитанием и т.д.), и схему сбора энергии можно использовать в качестве добавки к повторному циклу некоторой механической энергии в чистке и вибрации зубной щетки, и использовать эту энергию, чтобы помогать подзаряжать и/или перезаряжать батареи устройства.
Зубная щетка может включать в себя регулятор 205 напряжения, чтобы обеспечивать постоянное напряжение выходному устройству 206. Например, с этой целью можно использовать интегральную микросхему LM2674 или LM3670 отечественного прибора.
Другие варианты осуществления будут очевидны для специалистов в данной области техники из рассмотрения раскрытого здесь подробного описания. Например, схема фиг.2 является просто примером. В то время как фиг.2 в общем представляет устройства 201 сбора энергии и показывает один пример выпрямителя 202, памяти 203, выключателя 204 и т.д., можно использовать составные устройства 201, и отдельную схему можно поставлять для различных типов устройств 201.
Фиг.4 иллюстрирует дополнительную конфигурацию схемы. Эта дополнительная конфигурация может использовать интегральную микросхему (например, часть №LM3670_SOT23_5 UI), вместо SCR на фиг.2, чтобы управлять переключением схемы. Использование этой интегральной микросхемы для переключения может обеспечивать возможность более легкого включения/выключения устройства в разрешающем штырьке (маркированный штырек 3 или "EB" на чертежах), обеспеченного для более эффективной системы. На конфигурации фиг.3 также показан дополнительно полупроводниковый стабилитрон D5. Полупроводниковый стабилитрон может защищать от порождения слишком большого количества напряжения, короткозамыкающим источником, если порождается слишком большое напряжение. Такой компонент может помогать предотвращать повреждение схемы, если, например, потребитель энергично чистит или трясет зубную щетку длительный промежуток времени.
Подразумевается, что подробные объяснения и примеры подлежат рассмотрению только в качестве примерных, с истинными сущностью и объемом изобретения, указанными в соответствии со следующей формулой изобретения.