ВЫДАЮЩЕЕ ЖИДКОСТЬ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УХОДА ЗА ПОЛОСТЬЮ РТА С НИЗКОПРОФИЛЬНЫМ НАСОСОМ
FLUID DISPENSER FOR ORAL CAVITY CARE WITH LOW-PROFILE PUMP

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение направлено на устройство для ухода за полостью рта, включающее в себя подающую систему для текучей среды, и, более конкретно, на устройство для ухода за полостью рта с низкопрофильным насосом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Устройства для ухода за полостью рта, в частности, зубные щетки, обычно используются посредством нанесения зубной пасты на щетиночную секцию с последующей чисткой областей полости рта, например, зубов, языка и/или десен. Некоторые зубные щетки снабжены резервуарами для текучей среды и системами для подачи вспомогательных активных веществ, например, отбеливающих веществ, веществ для освежения дыхания и тому подобных.
Были предприняты некоторые попытки выполнить зубные щетки для подачи активных веществ во время чистки. Например, принадлежащая этому же заявителю заявка США 2007/0154863 A1, которая полностью включена в настоящий документ посредством ссылки, описывает устройство для ухода за полостью рта, имеющее резервуар, содержащий активное вещество и активируемый пользователем насос для подачи активного вещество через канал и наружу из одного или более выпускных отверстий.
Существует необходимость в усовершенствованном устройстве для ухода за полостью рта с подающей системой для текучей среды и встроенным компактным насосом для минимизации размера устройства для ухода за полостью рта.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном варианте осуществления обеспечивается низкопрофильный насос, который может быть легко встроен в устройство для ухода за полостью рта, например, зубную щетку, благодаря его компактной конструкции и небольшому размеру. В одном предпочтительном варианте осуществления насос может представлять собой пьезоэлектрический насос, имеющий впускной клапан и выпускной клапан. Впускной и выпускной клапаны могут быть интегрально сформированы в виде части единой гибкой мембраны, используемой для обеспечения действий насоса по приему и выдаче, которые подают текучую среду для ухода за полостью рта из резервуара, расположенного в зубной щетке, к пользователю. Формирование клапанов и гибкой мембраны в виде интегрального блока способствует уменьшению объема насоса и, таким образом, обеспечивает простоту изготовления и уменьшение стоимости.
Низкопрофильный насос по настоящему изобретению, кроме того, идеально подходит для расположения в головке зубной щетки благодаря своему малому размеру, который позволяет сохранить компактную конфигурацию головки зубной щетки, удобную для многих пользователей.
Согласно одному варианту осуществления обеспечивается выдающая жидкость зубная щетка. Зубная щетка включает в себя головку, несущую множество чистящих зубы элементов; резервуар, расположенный в зубной щетке, для хранения текучей среды для ухода за полостью рта; по меньшей мере одно выдающее жидкость выпускное отверстие, расположенное в головке; и насос, расположенный в зубной щетке. Насос находится в гидравлической связи с резервуаром и выпускным отверстием для жидкости. В одном варианте осуществления насос включает в себя гибкую мембрану, способную функционировать для нагнетания жидкости. Мембрана может перемещаться поочередно между положениями приема и выдачи. Обеспечиваются впускной створчатый клапан и выпускной створчатый клапан, которые располагаются в насосе. В одном варианте осуществления впускной и выпускной створчатые клапаны сформированы в виде интегральной части гибкой мембраны и могут работать как запорные клапаны, обеспечивая протекание текучей среды для ухода за полостью рта через насос в одном направлении от впускного отверстия к выпускному отверстию. В одном предпочтительном варианте осуществления насос выпускает текучую среду для ухода за полостью рта через одно или более выдающих выпускных отверстий для потока, встроенных в область чистящих зубы элементов, которые могут включать в себя щетинки и/или эластомерные элементы. В некоторых вариантах осуществления створчатые клапаны расположены в опорной плоскости, образованной гибким элементом, который имеет противоположные верхнюю и нижнюю мембранные поверхности. В одном варианте осуществления насос представляет собой пьезоэлектрический насос, а исполнительный механизм представляет собой пьезоэлектрический исполнительный механизм.
Согласно другому аспекту изобретения обеспечивается способ изготовления зубной щетки с насосом. В одном варианте осуществления способ включает в себя этапы, на которых: обеспечивают нижний участок корпуса насоса и верхний участок корпуса насоса; вставляют гибкую мембрану, имеющую расположенный на ней исполнительный механизм, между верхним и нижним участками корпуса насоса; фиксируют верхний участок корпуса к нижнему участку корпуса для удержания по меньшей мере участка мембраны между верхним и нижним участками корпуса насоса; и устанавливают корпус насоса на зубную щетку. В дополнительных вариантах осуществления способ включает в себя этап, на котором вставляют корпус насоса в головку зубной щетки. Согласно варианту вышеуказанного способа, обеспечивается способ изготовления зубной щетки с пьезоэлектрическим насосом, в котором этап крепления верхнего участка к нижнему участку корпуса насоса формирует головку зубной щетки. Согласно любому из вышеприведенных способов каждый из способов может дополнительно включать в себя этап, на котором формируют впускной и выпускной створчатые клапаны в гибкой мембране. В некоторых вариантах осуществления створчатые клапаны сформированы посредством разрезания или штамповки. В некоторых вариантах осуществления насос представляет собой пьезоэлектрический насос, а исполнительный механизм представляет собой пьезоэлектрический исполнительный механизм.
Дополнительные области применения настоящего изобретения станут очевидны из приведенного в настоящем документе подробного описания. Следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры, хотя показывают предпочтительный вариант осуществления изобретения, предназначены только для целей иллюстрации и не предназначены для ограничения объема изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение станет более полно понятным из подробного описания и сопроводительных чертежей, на которых:
Фиг.1 - вид сбоку конструкции зубной щетки, имеющей систему подачи жидкости.
Фиг.2 - увеличенный фрагментарный вид в разрезе конструкции зубной щетки, изображенной на фиг.1, включающей в себя электрическое подающее устройство в головке зубной щетки.
Фиг.3A-3C - схематические виды в разрезе, выполненном по линии 3-3, изображенной на фиг.1, представляющие расположение резервуара, когда жидкость вышла из резервуара.
Фиг.4 - схема управления для функционирования насоса.
Фиг.5 - функциональная структурная схема системы управления для функционирования насоса.
Фиг.6 - вид сверху гибкой мембраны для варианта осуществления низкопрофильного пьезоэлектрического насоса, который может использоваться в конструкции зубной щетки, например, конструкции зубной щетки, представленной на фиг.1.
Фиг.7 - вид сбоку в разрезе через альтернативный низкопрофильный пьезоэлектрический насос, при этом гибкая мембрана, изображенная на фиг.6 находится в положении "покой".
Фиг.8 - вид сбоку в разрезе через альтернативный низкопрофильный пьезоэлектрический насос, при этом гибкая мембрана, изображенная на фиг.6, находится в положении "прием".
Фиг.9 - вид сбоку в разрезе через альтернативный низкопрофильный пьезоэлектрический насос, при этом гибкая мембрана, изображенная на фиг.6, находится в положении "вывод" или "выпуск".
Фиг.10 - вид сверху корпуса насоса вышеупомянутого низкопрофильного пьезоэлектрического насоса.
Фиг.11 - частичный вид сверху передней секции нижнего участка корпуса насоса, изображенного на фиг.10, показывающего седло клапана.
Фиг.12 - вид сбоку в разрезе через альтернативный низкопрофильный пьезоэлектрический насос, показывающий выпускную или нагнетательную камеру, расположенную над насосом.
Фиг.13 - вид сбоку альтернативной конструкции зубной щетки, имеющей резервуар, расположенный в суженном участке.
Фиг.14 - вид сверху зубной щетки, изображенной на фиг.13.
Фиг.15 - вид сбоку зубной щетки, имеющей пьезоэлектрический насос в головном участке с резервуаром в суженном участке.
Фиг.16 - покомпонентное изображение зубной щетки, изображенной на фиг.12.
Фиг.17 -вид сбоку альтернативной конструкции зубной щетки с насосом, расположенным рядом с головкой и резервуаром в сужении.
Все чертежи, представленные в настоящем документе являются схематичными и в них не соблюден масштаб.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нижеследующее описание предпочтительного варианта(ов) осуществления является по сути просто примером и не является способом, предназначенным для ограничения изобретения, его применения или использований.
Признаки и преимущества изобретения проиллюстрированы и описаны в настоящем документе со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Это описание предпочтительных вариантов осуществления предназначено для чтения совместно с сопроводительными чертежами, которые должны рассматриваться как часть всего приведенного описания. В описании вариантов осуществления изобретения, раскрытых в настоящем документе любая ссылка на направление или ориентацию просто предназначена для удобства описания и не предназначена каким-либо образом ограничивать объем настоящего изобретения. Относительные термины, например, "нижний", "верхний", "горизонтальный", "вертикальный", "над", "под", "вверх", "вниз", "верх" и "низ", а также их производные (например, "горизонтально", "вниз", "вверх" и т.д.) следует истолковывать в отношении ориентации так, как описано в дальнейшем или как показано на рассматриваемом чертеже. Эти относительные термины предназначены исключительно для удобства и не требуют, чтобы устройство было сконструировано или функционировало в определенной ориентации, если иное не указано явным образом. Такие термины, как "прикрепленный", "присоединенный", "соединенный", "связанный", "взаимосвязанный", и подобные относятся к взаимоотношению, в котором структурные элементы могу быть фиксированы или прикреплены друг к другу либо непосредственно, либо опосредованно через промежуточные структурные элементы, а также к подвижным или жестким соединениям или взаимоотношениям, если иное не описано явным образом. Кроме того, признаки и преимущества изобретения проиллюстрированы описаны со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Соответственно, изобретение явным образом не должно ограничиваться такими предпочтительными вариантами осуществления, иллюстрирующими некоторые возможные неограничивающие сочетания признаков, которые могут быть реализованы отдельно или вместе с другими сочетаниями признаков; при этом объем изобретения определяется прилагаемой формулой.
На фиг.1 схематично проиллюстрирована зубная щетка 1, имеющая ручку 10, головку 12 и суженный участок 11, соединяющий ручку 10 и головку 12. Головка 12 содержит чистящие зубы элементы 5, например, щетинки и/или эластомерные чистящие элементы или тому подобное. Для хранения жидкости в ручке 10 обеспечивается резервуар 15. Только с целью обсуждения настоящее раскрытие описывает жидкость как содержащую одно или более активных веществ. Однако, понятно, что в некоторых вариантах осуществления жидкость, хранящаяся в резервуаре 15, не содержит никакого активного вещества. В альтернативной конструкции, представленной на фиг.13-17, резервуар 15 может обеспечиваться в суженном участке 11 зубной щетки 1. Ручка 10 или другой наружный участок зубной щетки 1 может содержать исполнительный механизм подающего устройства или переключатель, например, активируемую пользователем кнопку 22, для приведения в действие подающего устройства, например, насоса 18. Насос 18 может располагаться по потоку выше или ниже резервуара 15.
В одной конструкции микропьезоэлектрический насос 18 расположен под чистящими элементами 5 в головке зубной щетки 12. Понятно, что хотя насос 18 рассматривается как микропьезоэлектрический насос 18, при необходимости могут использоваться другие типы насосов. Для подачи активных компонентов или активных веществ в требуемое место или во избежание закупорки остатками зубной пасты выпускное отверстие(я) микропьезоэлектрического насоса 18 расположены на требуемых местах, например, вблизи чистящих элементов 5 (верхняя часть чистящей головки 12), на боковой поверхности чистящей головки 12, напротив чистящих элементов 5 (нижняя часть чистящей головки 12), на дистальном конце чистящей головки 12 (самый передний конец чистящей головки 12) или на боковых стенках чистящей головки 12. При активации переключателя 22, насос 18 всасывает некоторое количество жидкой среды из резервуара 15 через канал в направлении головки 12. Жидкая среда подается через одно или более выпускных отверстий 50, расположенных в щетиночной области. Как представлено на фиг.2, выпускные отверстия 50 могут располагаться на расстоянии друг от друга с промежутками по длине щетиночной секции для облегчения распределения жидкой среды по всему щетиночному полю. Дополнительно может обеспечиваться множество выпускных отверстий и на поверхности головки 12, содержащей чистящие зубы элементы 5, и на противоположной поверхности головки 12, например, для подачи того же активного вещества из общего источника или других активных веществ из отдельных источников. В некоторых вариантах осуществления резервуар 15 может содержать один или более отдельных резервуаров, содержащих жидкие среды, имеющие различные активные вещества.
В одной конструкции чистящие элементы 5 содержат полые просветы или тому подобное, и жидкая среда, имеющая активное вещество, подается через чистящие элементы 5. Жидкая среда может также подаваться одновременно через выпускные отверстия 50, расположенные на различных участках зубной щетки 1, например, для облегчения нанесения активного вещества на различные области. Хотя упомянуто множество выпускных отверстий, предполагается, что может использоваться одно выпускное отверстие.
Переключатель для активации насоса 18 может представлять собой кнопку 22, как проиллюстрировано на фиг.1, или это может быть другой тип переключателя, например, сенсорный или теплочувствительный тип переключателя, активируемый пользователем тумблерный переключатель, вращающийся диск. Включение кнопки 22, например, путем нажатия кнопки 22, может активировать схему синхронизации, что вызывает работу насоса 18 в течение некоторого промежутка времени, что, в свою очередь, вызывает нагнетание заданного количества жидкой среды, содержащей активное вещество, из резервуара 15 через выпускные отверстия 50. Насос 18 имеет источник электропитания, например, батарею 21, которая может располагаться в участке 10 ручки. Схема синхронизации вызывает работу насоса 18 в течение промежутка времени, который может быть задан заранее или может регулироваться, например, посредством использования подвижного элемента плавной регулировки, вращающегося диска плавной регулировки или элемента цифровой предварительной регулировки. Временной интервал также может быть различным в зависимости от активного вещества или количества времени, заданного пользователем или производителем.
Жидкая среда, содержащая активное вещество, может быть заключена в герметично изолированный резервуар 15 при изготовлении зубной щетки 1, в этом случае зубная щетка 1 может выбрасываться после исчерпания запаса активного вещества. Альтернативно, резервуар 15 может быть пополняемым через входное отверстие (не показано), или может быть сменным, например, посредством вставки сменного картриджа в выемку в зубной щетке. Сменный резервуар 15 может обеспечивать дополнительную выгоду, позволяющую пользователю использовать различные активные вещества. Картридж может быть снабжен заостренным элементом, протыкающим мембрану в выемке для обеспечения вытекания среды из картриджа. Картридж может быть подпружиненным, чтобы оставаться на месте после вставки в выемку, и может иметь герметичную изоляцию для недопущения нежелательной утечки активного вещества. Картридж может быть одноразовым или пополняемым. Могут использоваться другие способы обеспечения пополняемого и/или сменного картриджа или тому подобного.
Насос 18 может быть соединен с головкой 12 различными известными способами, включающими в себя приклеивание, формование, расплавление, ультразвуковую сварку или термосварку и механическую фиксацию. Насос 18 может также быть встроен в головку 12 для экономии пространства и издержек посредством приклеивания/формования приводного элемента непосредственно в углублении в головке. Альтернативно, насос 18 или резервуар 15 может соединяться с участком зубной щетки 1 аналогичными средствами.
На фиг.1 представлено, что резервуар 15 может обеспечиваться в снимаемой конструкции, как, например, сжимаемый мешок или контейнер, соединенные с микропьезоэлектрическим насосом 18 посредством прохода 19 для текучей среды, например, гибкой системы трубок. Система трубок может быть вделана в ручку 10 щетки или в канал, непосредственно формуемый в чистящей ручке 10. Резервуар 15, если обеспечивается сжимаемый мешок или контейнер, может использоваться так, что пузырьки воздуха не образуются во время переноса активных компонентов или веществ и чистки. Кроме того, сжимаемый мешок или контейнер обеспечивает, что отрицательное давление не образуется в контейнере, что уменьшает скорость нагнетания после выхода части активных компонентов или веществ с помощью микропьезоэлектрического насоса 18. Сжимаемый мешок или контейнер могут хранить достаточно материала для приблизительно 60-120 использований, при этом при каждом использовании потребляется приблизительно 10-50 микролитров текучей среды или приблизительно 10-100 микролитров текучей среды. Тем не менее, возможны иные значения.
На фиг.3A-3C представлены виды в поперечном разрезе зубной щетки 1, выполненном по линии 3-3, изображенной на фиг.1. На фиг.3A-3C представлено радиальное смещение сжимаемого резервуара 15, когда жидкость расходуется из резервуара, при этом f1, f2 и f3 представляют ширину резервуара соответственно на фиг.3A, 3B и 3C. Ширина, при использовании в настоящем документе является одним из способов, который может использоваться для измерения радиального смещения. Элементы 34 и 36 представляют, соответственно, поверхность и толщину корпуса зубной щетки. Как можно понять, при работе насоса 18 отрицательное давление (например, всасывающее давление) обеспечивается в проходе 19 и резервуаре 15. Когда жидкость в резервуаре 15 расходуется за счет оттекания к головке 12, резервуар 15 сжимается для сохранения гидравлической связи с насосом 18. Например, на фиг.3A представлен резервуар 15 шириной f1, когда жидкость находится на максимуме. По мере расхода жидкости за счет отекания к головному участку 12 зубной щетки посредством прохода 19 и насоса 18, ширина резервуара 15 становится меньше, как представлено на фиг.3B, где f2 меньше f1. Когда жидкость расходуется дальше, резервуар 15 сжимается еще больше, как представлено на фиг.3C, имея ширину f3, где f3 меньше f2. Таим образом, ширина f3 меньше ширины f2, а ширина f2 меньше ширины f1. Однако резервуар 15 может стать меньше в направлении продольной оси при работе насоса 18. Что касается продольного смещения, дистальный конец резервуара 15 может переместиться в направлении головки зубной щетки.
Активное вещество может подаваться в дозе, предназначенной для предполагаемой цели. Количество может регулироваться посредством регулирования продолжительности работы насоса 18 после нажатия кнопки 22. Продолжительность выдачи зависит от необходимой дозы и скорости потока среды и обычно находится в диапазоне от приблизительно 1 секунды до 5 минут, часто от приблизительно 5 секунд до приблизительно 2 минут и может находиться в диапазоне от приблизительно 10 секунд до 30 секунд. Действие на выдачу может начаться или сразу после нажатия кнопки 22 или может быть запрограммирована заданная задержка. Предполагается, что кнопка 22 может регулироваться так, чтобы в зависимости от подаваемого активного вещества продолжительность выдачи могла быть соответствующим образом запрограммирована.
Подходящие устройства представляют собой имеющиеся в продаже устройства для подачи среды из резервуара 15 к выходному(ым) отверстию(ям) 50. Насос может подавать среду посредством множества различных действий, которые являются механическим, электрическими или их сочетанием, в зависимости от конструкции насоса.
В одной конструкции, как представлено на фиг.4, микропьезоэлектрический насос 18 может приводиться в действие миниатюрной схемой 9, включающей в себя драйвер 40 интегральной схемы (IC). Миниатюрная схема 9 может дополнительно включать в себя, например, резисторы R1 и R2, конденсаторы C1 и C2, по меньшей мере один переключатель S1 и низковольтный источник B1 постоянного тока (DC) (например, батарея на 1,5 вольта или 3,0 вольта) для обеспечения энергией драйвер 40 запуска. Драйвер 40, например, малошумный и бескатушечный драйвер Supertex HV 852, представляет собой источник питания с высоким напряжением и низким переменным током. Драйвер 40 преобразует низкое напряжение постоянного тока на входе от B1 в высокое напряжение переменного тока (AC) на выходе к насосу 18. Например, при напряжении 3,0 вольт постоянного тока драйвер 40 развивает размах напряжения переменного тока, по меньшей мере 150 В, и извлекает из батареи ток примерно 23,8 мА - 24 мА. При этих значениях скорость нагнетания микропьезоэлектрического насоса 18 составляет приблизительно 10 микролитров/сек для воды при комнатной температуре. Переключатель S1 с нажимной кнопкой является пусковым устройством для таймера, когда S1 ненадолго замыкается, насос работает заданное время и отключается сам на основе значений R2 и C2. Миниатюрная схема 9 может иметь очень низкий ток покоя, примерно 1 мкА, устраняя потребность в отдельном выключателе питания для управления питанием, когда насос не работает. Схема, включающая в себя драйвер 40 потребляет ток приблизительно 30 мА, когда он протекает для энергозатратной операции. Тем не менее, возможны и другие значения тока. Эта конкретная конструкция схемы возбуждения дает модифицированный трапециевидный сигнал для возбуждения пьезоэлектрического исполнительного механизма, однако, подходят также многие другие формы сигналов, например, синусоидальная и прямоугольная форма сигнала. Было понятно, что при одинаковом размахе напряжения и одинаковой частоте возбуждения пьезонасос, возбуждаемый синусоидальным сигналом, производит меньше звукового шума, чем пьезонасос, возбуждаемый прямоугольным или трапециевидным сигналом, хотя синусоидальный сигнал дает меньшую производительность насоса.
2
Схема может обеспечиваться на обычной монтажной плате различного размера. В одном варианте конструкции монтажная плата может иметь размер около 8×13 мм, так что она может легко поместиться в ручке зубной щетки 10.
Как представлено на фиг.5, управляющая система 60, действующая в качестве альтернативы или дополнения одного или более аспектов схемы 9 на фиг.4, может использоваться для привода пьезоэлектрического насоса 18 зубной щетки 1. На фиг.5 проиллюстрирована блок-схема для одной или более конструкций управляющей системы 60 для управления насосом 18. Один или более компонентов, представленных на фиг.5, могут быть размещены на одной или более печатных платах.
Зубная щетка 1 может включать в себя управляющую систему 60, источник 47 питания, функционально соединенный с одним или более элементами системы 60, и устройство отображения 49, функционально соединенное с одним или более компонентами системы 60. Источник 47 питания может включать в себя один или более компонентов питания, например, батарею или проводное соединение с источником электропитания, обеспечивая электроэнергией электрические компоненты зубной щетки 1. Устройство 49 отображения может отображать информацию, например, время переключения (активацию или отключение), скорость нагнетания, рабочее состояние (например, выкл/вкл), объем оставшейся текучей среды в резервуаре 15 (при оснащении соответствующими имеющимися в продаже датчиками уровня и схемой управления определением уровня) или другую требуемую информацию. Устройство 49 отображения может представлять собой любое подходящее электронное устройство видеоотображения, имеющее размер, позволяющий вмонтировать его в зубную щетку 1, включающую в себя ручку 10, суженный участок 11 или головку 12. В некоторых вариантах осуществления устройство 49 отображения может представлять собой светодиодное или жидкокристаллическое устройство с задней подсветкой или без нее. В некоторых вариантах осуществления устройство 49 отображения может включать в себя аудиокомпонент так, чтобы при желании можно было воспроизвести аудиофрагмент. Например, пользователь может пожелать использовать более одного активного вещества, в таком случае может быть воспроизведено сообщение, информирующее пользователя о различных промежутках времени, в течение которых следует использовать различные активные вещества. Сообщение может также информировать пользователя, когда наступает время переключения на другое активное вещество.
В одной или более конструкциях управляющая система 60 может включать в себя переключающую схему 41, схему 43 таймера и память 45. Управляющая система 60 функционально соединена с памятью 45. Память 45 хранит данные, установленные или запрограммированные пользователем. Память 45 может представлять собой программируемую память любого типа, если постоянное запоминающее устройство является электрически стираемым и перепрограммируемым. Возможные альтернативы включают в себя флэш-память, флэш-ROM, RAM с аварийным питанием. Следует понимать, что данные, форматированные для зубной щетки 1, могут загружаться в память 45, или данные могут быть предварительно загружены в память.
Переключатель схемы 41 может включать в себя аппаратное обеспечение, программное обеспечение, читаемые компьютером команды или другие компоненты для обеспечения включения или отключения пьезоэлектрического насоса 18. Переключающая схема 41 может быть выполнена с возможностью выполнения функций для обработки сигнала(ов), выполняющего читаемые компьютером команды, и считывания и записи в память 45, связанную с зубной щеткой 1.
Схема 43 таймера может включать в себя аппаратное обеспечение, программное обеспечение, читаемые компьютером команды или другие компоненты для прямого или обратного отсчета времени и для вывода такой информации (например, времени переключения) в удобной для пользователя форме устройством 49 отображения. Схема 43 таймера может включать в себя кварцевый генератор для отсчета секунд, минут и т.д. Схема 43 таймера может быть выполнена с возможностью выполнять функции для обработки сигнала(ов), выполняющих читаемые компьютером команды, и считывания и записи в память 45, связанную с зубной щеткой 1, работающей в режиме таймера.
Управляющая система 60 может активировать насос 18 посредством переключателя 41, при этом таймер автоматические отключает насос после заданного времени. Этот активирующий переключатель 41 может регулироваться кнопкой 22, которая может располагаться под суженным участком 11 зубной щетки или в другом месте на зубной щетке 1, например, между головкой зубной щетки 12 и ручкой 10. Продолжительность времени, в течение которого насос включен или активирован, может регулироваться, при необходимости, пользователем.
Работа пьезоэлектрического микронасоса 18 проиллюстрирована на фиг.6-12. В приведенном в качестве примера варианте осуществления пьезоэлектрический насос изображен в виде низкопрофильного микропьезоэлектрического ("пьезо") насоса 18, имеющего сравнительно более компактный и тонкий профиль в вертикальном направлении. Как описано далее в настоящем документе, низкопрофильный насос предпочтительно облегчен за счет встраивания впускного и выпускного клапанов непосредственно в диафрагму насоса или саму мембранную конструкцию в качестве составных частей мембраны. Соответственно, не требуется отдельных клапанных конструкций, отличных от мембраны. Это дополнительно обеспечивает механически простую конструкцию насоса, имеющую меньше отдельных компонентов, которая может быть изготовлена более легко и экономично. В вариантах осуществления, в которых низкопрофильный пьезонасос по настоящему изобретению является единым целым с зубной щеткой, эффективное использование пространства может легко вмещаться и формоваться как составная часть головки зубной щетки, имеющей овальную форму. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления корпус пъезонасоса может действовать как сама головка зубной щетки, которая выполнена с возможностью и приспособлена нести множество чистящих зубы элементов 5. Эти аспекты и преимущества низкопрофильного пьезонасоса 18 станут очевидны из приведенного ниже в настоящем документе описания.
На фиг.7-10 представлено, что низкопрофильный пьезонасос 18 в целом включает в себя корпус 101 насоса, образующий насосную камеру 135, впускной запорный или откидной клапан 137, нагнетательный или выпускной запорный или откидной клапан 139 и гибкую диафрагму или мембрану 133, при этом на нем установлен пьезоэлектрический исполнительный механизм 131. В некоторых вариантах осуществления пьезоэлектрический исполнительный механизм 131 может изготавливаться из любого подходящего имеющегося на рынке пьезоэлектрического керамического материала, например, из поставляемых на рынок кампанией Omega Piezo Technologies of State College, Пенсильвания, или другими поставщиками. Хотя исполнительный механизм 131 называется пьезоэлектрическим исполнительным механизмом 131, понятно, что при необходимости может использоваться другой исполнительный механизм. Мембрана 133 может быть выполнена из любого подходящего материала, включающего в себя, например, без ограничения, покрытую тонким металлом пленку (например, латунью или сталью) или другой упругий гибкий полимерный материал (например, полиацетатная, полиэтиленовая, полипропиленовая, полиэтилен терефталатная, полистироловая, поливинилхлоридная, поликарбонатная пленка) обладающая способностью к восстановлению формы, если только материал способен упруго, но не постоянно деформироваться пьезоэлектрическим исполнительным механизмом 131.
Пьезонасос 18 и, более конкретно, пьезоэлектрический исполнительный механизм 131 соединен с источником электропитания посредством приводной системы для насоса для работы насоса. В некоторых вариантах осуществления приводная система для насоса может обеспечиваться схемой 9 возбуждения и/или управляющей системой 60, ранее описанными в настоящем документе и представленными на фиг.4 и 5, каждая из которых соединена с источником электропитания. Источник электропитания может представлять собой источник B1 низковольтного постоянного тока (как представлено на фиг.4), например, батарею, или источник 47 питания (как представлено на фиг.5), например, батарею или проводное соединение с источником электропитания, внешним относительно зубной щетки 1, который может представлять собой сетевой источник переменного тока, преобразованный посредством трансформатора в низковольтное постоянное напряжение. Приводная система для насоса во время работы обеспечивает подачу электрического тока и напряжения на пьезоэлектрический исполнительный механизм 131 для управления пьезонасоса 18 традиционным способом, известным специалистам в данной области техники и уже описанным выше со ссылкой на фиг.4 и 5, на которых показаны схема 9 и управляющая система 60. Приводная система для насоса предпочтительно выполнена с возможностью подавать напряжение с различного рода переменной полярностью на пьезоэлектрический исполнительный механизм 131, чтобы вызвать соответствующие нагнетающие движения гибкой мембраны 133, как описано ниже в настоящем документе.
Корпус 101 насоса может быть выполнен из любого подходящего материала. Предпочтительно, корпус 101 выполнен из подходящего полимерного или пластикового материала, традиционно используемого в уровне техники. Корпус 101 насоса может быть изготовлен посредством литьевого формования или других процессов, традиционно используемых в уровне техники.
На фиг.10 представлен вид сверху корпуса 101 насоса, при этом корпус 101 насоса образует передний конец 170, противоположный задний конец 171, две противоположных боковых стороны 172 и продольную ось LA, проходящую через концы 170, 171. Другие аспекты корпуса 101 насоса описаны далее в настоящем документе.
На фиг.7-10 корпус 101 насоса дополнительно включает в себя верхний участок 110, который зафиксирован и установлен на нижнем участке 111 посредством любого подходящего средства, используемого в уровне техники, включающего в себя склеивание, литьевое формование, сплавление, ультразвуковую или термосварку, адгезивы и механическую фиксацию, например, без ограничения, фиксаторы, защелкивающиеся или сцепляющиеся замковые системы, включающие в себя штифты или лапки, и т.д. Предпочтительно, в одном варианте осуществления корпус 101 насоса выполнен таким образом, что гибкая мембрана 133 может устанавливаться в корпусе посредством удержания между противоположными секциями верхнего и нижнего участков 110, 111 после сборки двух участков и фиксации их вместе, как представлено на фиг.7-9. В одном варианте осуществления большая часть гибкой мембраны 133 жестко прикреплена и к верхней, и к нижней основным частям 110 и 111 насоса для образования герметичной воздухонепроницаемой изоляции. Только два створчатых клапана 137 и 139 и центральный участок 114 гибкой мембраны 133 остается свободным, то есть не прикрепленным к основной части 101 насоса. В этом варианте осуществления хорошая изоляция достигается между корпусами 110 и 111 насоса и гибкой мембраной 133 для недопущения утечки. Также в этом варианте осуществления хорошая изоляция сохраняется между верхним корпусом 110 насоса и гибкой мембраной 133 для недопущения проникновения текучей среды L для ухода за полостью рта в верхнюю насосную камеру 115, так чтобы можно было избежать загрязнения текучей среды L для ухода за полостью рта со стороны пьезоэлектрического исполнительного механизма 131.
Также на фиг.6 мембрана 133 предпочтительно прикреплена к корпусу 101 по меньшей мере на участке периферических краев 112 мембраны или вблизи их, вблизи центрального участка 114 мембраны. Центральный участок 114 находится вблизи пьезоэлектрического исполнительного механизма 131 между противоположными концами 116, 117 и боковыми сторонами 118 мембраны. Это гарантирует, что центральный участок 114 мембраны 133, на котором предпочтительно установлен исполнительный механизм 131, имеет достаточную свободу движения, чтобы быть деформированным исполнительным механизмом для обеспечения полного хода на прием U вверх и нагнетание D вниз мембраны насоса при работе. Это в целом проиллюстрировано на фиг.7-9. Другие участки мембраны 133, находящиеся за пределами центрального участка 114, например, в направлении концов 116, 117, могут быть жестко зафиксированы к корпусу 101 для сохранения неподвижности во время работы насоса, за исключением участков мембраны, сформированных интегрально со створчатыми клапанами 137, 139, как описано ниже в настоящем документе. В центральном месте верхнего участка 110 корпуса 101 насоса выполнена выемка 115 для вмещения в нее исполнительного механизма 131. Выемка 115 не должна быть гидравлически связана с какой-либо частью камеры 135 насоса, которая расположена под выемкой 115 и отделена гибкой мембраной 133 в некоторых вариантах осуществления, как представлено на фиг.7-9, во избежание загрязнения текучей среды L для ухода за полостью рта со стороны пьезоэлектрического исполнительного механизма 131.
На фиг.7-10 представлено, что корпус 101 насоса дополнительно включает в себя впускное отверстие 102 и нагнетательное или выпускное отверстие 103, которое гидравлически связано с камерой 135 насоса по линии потока, проходящей через насос 18. Как представлено на фиг.10, выемка 115 и камера 135 насоса (показаны пунктирными линиями) увеличены в ширину и в длину в отличие от впускного и выпускного отверстий 102, 103 насоса, и могут иметь любую подходящую конфигурацию на виде сверху или сбоку. Впускное отверстие 102 может включать в себя обычный выступающий наружу ниппель или соединитель 119 входной трубки, выполненный для соединения с каналом для потока, например, с трубкой 19, которая, в свою очередь гидравлически связана с резервуаром 15. Пьезонасос 18 всасывает и вытягивает текучую среду для ухода за полостью рта или текучую среду L из резервуара 15 через трубку 19, которая подводится к камере 135 насоса через впускное отверстие 102. Впускное отверстие 102, камера 135 насоса, выпускное отверстие 103 и другие каналы для потока, которые могут обеспечиваться между ними в корпусе 101 насоса, через которые текучая среда L для ухода за полостью рта может протекать, образуют непрерывную линию потока через насос (см. фиг.10).
Один аспект конструкции низкопрофильного пьезонасоса 18 состоит в том, что камера 135 насоса сформирована в виде интегральной части линии потока, проходящей через насос, а не как отдельная камера. Таким образом, камера 135 насоса может быть сформирована из расширенного участка линии потока в корпусе 101 насоса, как представлено на фиг.7-10, для экономии пространства по вертикали.
Корпус 101 насоса дополнительно образует пару седел клапана, связанных с каждым из впускного клапана 137 и выпускного клапана 139. На фиг.7-9 и 11 корпус 101 насоса, таким образом, образует верхнее седло 104 клапана и нижнее седло 105 клапана, расположенные вблизи выпускного отверстия 103 и гидравлически связанные с ним. Седла 104, 105 клапанов выполнены с возможностью упорного контакта и поддержки выпускного клапана 139 в открытом и закрытом положениях. Аналогично, корпус 101 насоса также образует верхнее седло 106 клапан и нижнее седло 107 клапана, расположенные вблизи впускного отверстия 102 и гидравлически связанные с ним для обеспечении назначения, аналогичного таковому для впускного клапана 137.
Верхнее седло 104 клапана и нижнее седло 107 клапана могут быть выполнены аналогичным образом и сформированы наклонными поверхностями корпуса 101 насоса, на которых клапаны 139, 137 устанавливаются, когда каждый из этих клапанов находится в своем открытом положении (см. фиг.8 и 9). Наклонные поверхности, расположенные под углом к продольной оси LA, обеспечивают ламинарный перенос потока к камере 135 насоса и от нее через впускное и выпускное отверстия 102 и 103 для уменьшения турбулентности и потерь напора от трения в трубе.
В некоторых вариантах осуществления верхнее седло 104 клапана и нижнее седло 107 клапана могут предпочтительно быть по меньшей мере одинаковыми по ширине соответственно с клапанами 139 и 137 и образуют непрерывные плоские, но наклонные поверхности за каждым клапаном, когда клапан открыт, для обеспечения полноценной опоры для сопротивления давлению всасывания или нагнетания, создаваемому пьезонасосом 18. Соответственно, в этом варианте осуществления седла 104 и 107 клапанов могут служить опорой всему клапану соответственно из клапанов 139 и 137.
На фиг.7-9 и 11 представлено, что верхнее седло 106 клапана, связанное с впускным клапаном 137, и нижнее седло 105 клапана, связанное с выпускным клапаном 139, могут иметь кольцевую форму и образовывать соответствующие отверстия 120, 121 для потока. Седла 105, 106 клапанов предпочтительно уплотняют только вокруг периферических краев 122 впускного и выпускного клапанов 137 и 139 соответственно. Это наиболее ясно представлено для нижнего гнезда 105 на фиг.11, которая является частичным видом сверху передней секции нижнего участка 111 корпуса 101 насоса, где изображено нижнее седло 105 клапана и относительное перекрывающее положение выпускного створчатого клапана 139 на седле клапана, показанного пунктирными линиями. Верхнее седло 106 клапана на задней секции верхнего участка 110 корпуса 101 насоса имеет аналогичное расположение, но противоположную ориентацию (см., например, фиг.8). Необходимость такого расположения связана с тем, что отверстия 120 и 121 для потока образуют часть линии потока через корпус 101 насоса и гидравлически связаны с камерой 135 насоса. В некоторых вариантах осуществления отверстия 120, 121 для потока могут иметь круглую или кольцевую конфигурацию благодаря кольцевой форме седел 105, 106 клапанов (см., например, фиг.11), которые соответственно образуют круглые по форме отверстия 120 и 121 для потока. В варианте осуществления, представленном на фиг.7-9, седла 105 и 106 клапанов могут находиться в плоскости, параллельной продольной оси LA и гибкой мембране 133, поскольку они зацепляют створчатые клапаны 137, 139, образованные в мембране.
Хотя в вышеприведенных вариантах осуществления отверстия 120 и 121 для потока имеют кольцевую или круглую форму, могут обеспечиваться другие подходящие конфигурации.
В варианте осуществления, представленном на фиг.7-10, выпускное отверстие 103 нагнетает текучую среду L для ухода за полостью рта через одно или более выпускных отверстий 150 нагнетания в корпус 101. Выпускные отверстия 150 нагнетания могут иметь любую подходящую форму, в том числе, без ограничения, круглую/кольцевую, овальную, прямоугольную или представлять собой дугообразно изогнутые щели, другие многоугольные формы и их сочетания. В некоторых вариантах осуществления выпускные отверстия 150 нагнетания могут включать в себя короткую выпускную трубку или ниппель, аналогичные входному трубчатому соединителю 119, описанному в настоящем документе, для соединения с трубкой нагнетания (не показано). Выпускные отверстия 150 нагнетания могут выдавать текучую среду L для ухода за полостью рта непосредственно из головки 12 зубной щетки внутрь и через поле чистящих зубы элементов 5 (например, аналогично выпускным отверстиям 50, представленным на фиг.2) и/или от других частей головки за пределами чистящих зубы элементов.
Как представлено на фиг.7-9, выпускное отверстие 150 нагнетания может быть ориентировано для выдачи текучей среды L в направлении, в целом перпендикулярном продольной оси LA насоса 18. В других вариантах осуществления, однако, текучая среда L может выпускаться в продольном и/или боковом направлении относительно корпуса 101 в плоскости, в целом параллельной продольной оси LA. В других вариантах осуществления выпускное отверстие 103 может выпускать текучую среду L для ухода за полостью рта в большую по размеру трубку или камеру 151 (см. фиг.6) через выпускное отверстие 15 нагнетания, которое, в свою очередь, может быть снабжено одним или более выпускными отверстиями 50, как было описано выше. Предпочтительно, это обеспечивает выдачу текучей среды L из головки 12 зубной щетки в различных направлениях и ориентациях, а также из множества выпускных отверстий 50. В некоторых вариантах осуществления камера 151 может быть предпочтительно расположена в головке 12 зубной щетки под чистящими зубы элементами 5 и над корпусом 101 насоса. Камера 151 может быть интегрально сформована как часть корпуса 101. В некоторых вариантах осуществления, в которых корпус 101 насоса может образовывать головку 12 зубной щетки, множество чистящих зубы элементов 5 может быть установлено на камере 151 (не показано).
На фиг.6 впускной и выпускной створчатые клапаны 137, 139 функционируют как недопускающие обратного потока запорные клапаны и обеспечивают поток через насос 18 в одном направлении из впускного отверстия 102 к выпускному отверстию 103. Например, в положении приема клапаны 137, 139 взаимодействуют для обеспечения протекания жидкости в камеру 135 насоса. Во время приема жидкости впускной клапан 137 находится в открытом положении, при этом выпускной клапан 139 находится в закрытом положении. В качестве другого примера, в положении нагнетания клапаны 137, 139 взаимодействуют для выпуска жидкости из камеры 135 насоса. Во время нагнетания жидкости впускной клапан 137 находится в закрытом положении, при этом выпускной клапан 139 находится в открытом положении. Створчатые клапаны 137, 139 предпочтительно расположены соответственно во впускном отверстии 102 и выпускном отверстии 103 и при работе герметично изолируют или перекрывают эти впускные и выпускные отверстия, как описано ниже в настоящем документе.
Как представлено на фиг.6-9, в одном предпочтительном варианте осуществления створчатые клапаны 137, 139 сформированы из самой гибкой мембраны 133 как ее интегральная часть для экономии пространства по вертикали в корпусе 101 насоса, таким образом, позволяя обеспечить конструкцию низкопрофильного и компактного пьезонасоса 18. Отдельные или раздельные створчатые клапаны, каждый из которых требует отдельного изготовления и последующей установки в корпус насоса, таким образом исключены. Выгода состоит в получении механически более простой конструкции, в результате чего получен насос, который может быть собран за меньшее время и с меньшими затратами благодаря исключению некоторых этапов изготовления и компонентов.
На фиг.6 впускной и выпускной створчатые клапаны 137, 139 могут быть выполнены в виде гибких консольных элементов или ушек, которые вырезаны или иным образом выполнены по определенной форме в мембране 133 посредством любого подходящего средства, используемого в уровне техники, например, лазерного или механического вырезания, штамповки и т.д. В одном возможном представленном варианте осуществления каждый из створчатых клапанов 137, 139 может быть выполнен путем создания в целом C-образных вырезов 113 в мембране 133 и включает в себя увеличенный участок 160 седла, имеющий первую ширину, и более узкий примыкающий участок 161 петли, имеющий вторую ширину, меньшую, чем первая ширина. Участок 161 петли интегрально соединяет участок 160 гнезда с более крупным основным участком мембраны 133, таким образом, образуя гибкое соединение с основным участком мембраны. Гибкость створчатых клапанов 137, 139 увеличена за счет более узкой ширины участка 161 петли, тем самым обеспечивается большая свобода движения и чувствительность герметичного участка 160 при движении между открытым и закрытым положениями, как далее описано в настоящем документе. Предпочтительно узкий вырез 113 в мембране 133, образующий каждый из створчатых клапанов 137, 139, обеспечивает небольшой зазор или промежуток между клапаном и основной частью мембраны. Это обеспечивает, что створчатый клапан может перемежаться и функционировать свободно, не будучи связанным с основной частью мембраны 133. Вырез, таким образом, предпочтительно может быть приспособлен в целом к форме створчатых клапанов 137, 139.
На фиг.6-9 герметично изолированный участок 160 предпочтительно соответствует в целом форме седел 105, 106 клапанов и соответствующим отверстиям 120, 121 для потока для эффективной изоляции отверстий. В представленном варианте осуществления отверстия 120, 121 для потока могут иметь циркулярную или круглую форму, что можно видеть на виде сверху вдоль оси отверстий. Уплотняющий участок 160 створчатых клапанов 137, 139 имеет соответственно циркулярную или круглую форму на виде сверху, как представлено на фиг.6. Очевидно, что возможны и вообразимы другие подходящие формы и для уплотняющего участка 160 и для участка 161 петли створчатых клапанов 137, 139 в зависимости от формы, выбранной для отверстий 120, 121 для потока, если только уплотняющий участок может обеспечить хорошую изоляцию вокруг отверстия для потока с минимальной утечкой или без таковой. Кроме того, хотя участок 161 петли створчатых клапанов 137, 139 предпочтительно более узкий в ширину, чем уплотняющий участок 160, некоторые варианты осуществления, например, в случае, если клапаны выполнены как гибкие прямоугольные язычки, могут иметь одинаковую ширину и для уплотняющего участка, и для участка петли. Соответственно, форма створчатых клапанов 137, 139 в явной форме не ограничивается предпочтительной конфигурацией, описанной и представленной в настоящем документе на чертежах.
На фиг.6-9 створчатые клапаны 137, 139 могут быть выровнены в продольном направлении с продольной осью LA корпуса 101 насоса для облегчения обеспечения изогнутых концов и минимизации ширины требуемой гибкой мембраны 133. Гибкая мембрана 133 является предпочтительно тонкой, при этом имеет плоские противоположные верхнюю и нижнюю поверхности для оптимизации гибкости мембраны для упругой деформации. Как наилучшим образом представлено на фиг.7-9, створчатые клапаны 137, 139 расположены и находятся в горизонтальной плоскости отсчета, образуемой плоской гибкой мембраной 133, поскольку клапаны 137, 139 сформированы из интегральных частей самой мембраны. Возможен вариант, что створчатые клапаны 137, 139 могут располагаться и находиться в горизонтальной опорной плоскости, образованной плоской гибкой мембраной 133 в вариантах осуществлении, в которых клапаны 137, 139 не сформированы из интегральных частей самого элемента 133. Это позволяет насосу 18 иметь насколько возможно низкий профиль или высоту для встраивания насоса в головку зубной щетки 12 без чрезмерного увеличения размера головки, необходимого для вмещения насоса.
На фиг.10 представлен вид сверху одной возможной конфигурации корпуса 101 насоса. В этом варианте осуществления корпус 101 насоса может иметь вытянутую конфигурацию, в целом приближающуюся к овальной или прямоугольной с дугообразно изогнутыми противоположными концами, чтобы легко соответствовать форме традиционной головки зубной щетки (см., например, фиг.6 и 10). В некоторых вариантах осуществления насос 18 сам образует головку зубной щетки, при этом корпус 101 насоса может быть интегрально сформован с суженным участком 11 и ручкой 10 во время одной процедуры формования. В таком варианте осуществления чистящие зубы элементы 5 (как представлено на фиг.2) могут быть установлены на верхний участок 110 корпуса насоса 101 и опираться на него. В других вариантах осуществления корпус 101 насоса может быть сформован как отдельный блок, который может вставляться и монтироваться в полости, обеспеченной в головке 12 зубной щетки, как было описано выше в настоящем документе.
Далее описана работа низкопрофильного пьезонасоса 18. На фиг.7 представлен насос 18, имеющий гибкую мембрану 133 в положении "покоя" или нейтральном положении, недеформированную и прямую/плоскую (то есть в своей нормальной конфигурации). Впускной и выпускной створчатые клапаны 137, 139 находятся каждый в закрытом положении и расположены соответственно на седлах 106 и 105 клапанов. Поскольку насос не создает ни положительного, ни отрицательного давления, створчатые клапаны 137, 139 остаются на горизонтальной опорной плоскости, образованной мембраной 133. Пьезоэлектрический исполнительный механизм 131 электрически соединен со схемой 9 возбуждения и/или с управляющей системой 60, как представлено на фиг.6, и готов к работе.
На фиг.8 представлен насос 18 во время хода насоса на прием U вверх. Схема 9 привода насоса и/или управляющая система 60 подает напряжение на пьезоэлектрический исполнительный механизм 131, который изменяет форму и, в свою очередь, вызывает непостоянную деформацию и выгибание и движение вверх гибкой мембраны 133, принимающей вогнутую вверх форму относительно камеры 135 насоса, как представлен на чертеже. Поскольку гибкая мембрана 133 образует верхнюю стенку камеры 135 насоса, движение мембраны увеличивает объем камеры насоса и одновременно временно создает отрицательное давление или вакуум в насосе. Как показано стрелками направления потока, текучая среда L для ухода за полостью рта всасывается или втягивается в камеру 135 насоса благодаря отрицательному давлению или вакууму из резервуара 15 через трубку 19. Текучая среда L течет через впускной клапан 137, который оттягивается вниз и принудительно переводится в открытое положение с посадкой в седле 107 клапана благодаря отрицательному давлению и входящему потоку. Выпускной створчатый клапан 139 остается в закрытом положении, будучи плотно притянут вниз к кольцевому седлу 105 клапана за счет отрицательного давления. Втекающий поток текучей среды L для ухода за полостью рта заполняет камеру 135 до заданного объема.
На фиг.9 представлен насос 18 во время хода насоса на нагнетание D вниз. Полярность напряжения на пьезоэлектрическом исполнительном механизме 131 меняется на обратную схемой 9 привода насоса и/или управляющей системой 60, который изменяет форму и вызывает, в свою очередь, непостоянную деформацию и выгибание и движение вниз гибкой мембраны 133, которая принимает выпуклую вниз форму относительно камеры 135 насоса, как показано на чертеже. Это движение мембраны вниз уменьшает объем камеры 135 насоса и попутно увеличивает положительное давление в насосе 18. Как представлено стрелками направления потока, текучая среда L для ухода за полостью рта выталкивается из камеры 135 насоса через выпускное отверстие 103. Текучая среда L течет через выпускной створчатый клапан 139, который открывается и отрывается от нижнего седла 105 кольцевого клапана и прижимается к верхнему седлу 104 клапана давлением и потоком. Теперь, когда выпускной створчатый клапан 139 находится в открытом положении, текучая среда L продолжает течь через выпускное отверстие 103 и выходит из корпуса 101 насоса через одно или более выпускных отверстий 150 нагнетания для выдачи через головку 12 зубной щетки (см., например, фиг.2). Впускной клапан 137 принудительно переводится вверх в закрытое положение, прижимаясь к верхнему седлу 106 клапана по действием положительного давления. Это препятствует обратному потоку текучей среды L в резервуар через впускное отверстие 102 насоса 18.
За счет использования схемы 9 привода насоса и/или управляющей системы 60 для быстрого последовательного чередования полярности напряжения на пьезонасосе 18 вышеуказанным образом создается насосный цикл приема/ нагнетания, который может совершаться 10-5000 раз в секунду для подачи заданного расхода потока или количества текучей среды L для ухода за полостью рта из резервуара 15 пользователю из зубной щетки 1. Специалисты в данной области техники обладают достаточной компетентностью, чтобы настроить конструкционные параметры и электронную/электрическую схему 9 привода насоса и/или управляющую систему без чрезмерного экспериментирования для подачи требуемого количества и давления текучей среды для ухода за полостью рта.
Хотя одно предпочтительное место для расположения низкопрофильного пьезонасоса по настоящему изобретению находится в головке зубной щетки, как описано в настоящем документе, очевидно, что насос может альтернативно располагаться в участке ручки или суженном участке зубной щетки. Кроме того, может обеспечиваться множество низкопрофильных пьезонасосов, которые могут располагаться параллельно для увеличения выдачи количества текучей среды для ухода за полостью рта, или насосы могут располагаться последовательно для увеличения давления для выдачи жидкости.
Упомянутый выше процесс быстро повторяется 10-5000 раз в секунду и обеспечивается питанием от привода насоса в схеме 9 и/или от управляющей системы 60, которая чередует полярность приводного напряжения, подаваемого на пьезоэлектрический исполнительный механизм 131, таким образом обеспечивая ходы насоса 18 на прием и нагнетание для нагнетания текучей среды из резервуара через выпускные отверстия 50. Частота схемы возбуждения может легко меняться посредством изменения значения резистора R1, как представлено на фиг.4, для оптимизации скорости нагнетания для различных физических конфигураций корпуса насоса или свойств текучей среды L для ухода за полостью рта, таких как vis.
В одной конструкции набор включает в себя зубную щетку и по меньшей мере один картридж, содержащий активное вещество. Пользователь может выбрать из множества картриджей подходящий для требуемой обработки. Если активные вещества имеют различное время нанесения, зубная щетка может обеспечиваться элементом, например, диском или ползунком для изменения значения резистора R2 на фиг.4, для предоставления пользователю возможности выбрать надлежащую настройку. Аналогично, единственный картридж может поступать предварительно заряженным множеством активных веществ в множестве камер, доступ к которым и подача от которых может избирательно обеспечиваться переключателем, клапаном или тому подобным. Набор может также включать в себя, если необходимо, средство для чистки зубов.
На фиг.13-17 представлена конструкция зубной щетки, в которой резервуар 15 расположен на нижней части суженного участка 11. Относительно короткий (например, приблизительно 10-20 мм) канал соединяет резервуар 15 с входным отверстием(ями) насоса, расположенным в головном участке.
Предпочтительно, за счет расположения резервуара 15 в суженном участке 11, минимизируется расстояние, проходимое средой, выдаваемой к головке. В этом случае устройство менее склонно к засорению, может быть уменьшен необходимый объем резервуара 15, или резервуар 15 может более легко возвращаться на прежнее место для замены активного вещества другим или пополнения активного вещества.
На фиг.14 область перечного сечения, обозначенная как размер "b" в участке 10 ручки, может быть надлежащим образом выбрана для обеспечения достаточного пространства для хранения батареи 21, например, типа AAA или другой в целом цилиндрической или перезаряжаемой батареи, при этом также обеспечивающей эргономические характеристики для обеспечения легкого захватывания зубной щетки и манипулирования ею. Суженный участок 11 имеет площадь поперечного сечения, обозначенную как размер "a", которая в целом меньше участка 10 ручки и может быть надлежащим образом выбрана для обеспечения достаточного пространства для хранения резервуара 15. Суженный участок 11 и/или участок 10 ручки могут иметь такие контуры, чтобы соответствующая площадь поперечного сечения ("a" и/или "b") была неодинаковой. С учетом этого отношение среднего значения площади поперечного сечения участка ручки "b" к среднему значению площади поперечного сечения суженного участка "a" обычно соответствует отношению 1 < b/a ≤ 5, (например, отношение b к a больше единицы и меньше или равно пяти) и часто 1,2 ≤ b/a ≤ 4 (например, отношение b к a больше 1,2 и меньше или равно четырем). Однако, возможны другие значения этого отношения.
На фиг.15 представлено, что микропьезоэлектрический насос 18 расположен под щетинками 5 в головке зубной щетки. При активации переключателя 22 насос 18 всасывает некоторое количество среды из резервуара 15 через канал к головке. Длина канала (d) может находиться в диапазоне, например, от приблизительно 10 до 20 мм. Среда подается через одно или более выпускных отверстий и через щетинки 5, как показано стрелками на фиг.9.
На фиг.16 представлено покомпонентное изображение, показывающее различные компоненты зубной щетки, изображенной на фиг.15. Металлический контакт 25a батареи соединен с торцевой заглушкой 25, которая закрывает батарею 21. Суженная секция 11 вмещает резервуар 15.
Зубная щетка 1 дополнительно может быть снабжена отделениями и/или панелями доступа для доступа к различным компонентам, например, источнику электропитания и резервуару. Источник электропитания может представлять собой, например, заменяемую или перезаряжаемую батарею.
Дополнительно, активируемый пользователем переключатель, например, диск (не показан), может иметь множество настроек для выбора одного из нескольких активных веществ. Например, диск может иметь первую настройку для окислительной/отбеливающей обработки, вторую настройку для обработки для освежения дыхания, и третью настройку для антимикробной обработки. Дисковая настройка указывает схеме таймера активировать насос 18 на временной интервал, предназначенный для выбранного активного вещества. В варианте осуществления клапан (не показан) может избирательно соединять насос 18 с различными камерами, содержащими различные активные вещества. В другом варианте осуществления множество насосов могут соединяться с различными камерами, содержащими различные активные вещества. Контроллер может использоваться с любыми вариантами осуществления для указания насосу 18 или множеству насосов выдать различные активные вещества.
Как проиллюстрировано на фиг.17, ручка 10 может включать в себя футляр или кожух 20, проходящий в продольном направлении ручки 10 и выполненный из электропроводящего материала. И ручка 10, и кожух 20 открыты сзади, таким образом образуя полость, которая может быть закрыта сзади имеющей резьбу закрывающей частью 25. Батарея 21 может быть серийно выпускаемой неперезаряжаемой цилиндрической батареей с определенной мощностью, например 1,5 V. Альтернативно, в качестве источника может использоваться одна или более пуговичных элементов или перезаряжаемый аккумулятор.
Пружинный контакт 29 для положительного полюса батареи 21 вставлен в кожух 20 на поперечную стенку и соединен со схемой 9 возбуждения посредством линии 26. Электрическое соединение может быть разомкнуто посредством переключателя 22.
Закрывающая часть 25 может быть снабжена резьбовым стержнем 25a, выполненным из электропроводящего материала и может быть вкручена в ручку 1 и/или в кожух 20. Резьбовой стержень 25a может быть снабжен контактной поверхностью, которая, при вкрученной в нее закрывающей частью 25, упирается в отрицательный полюс батареи 21, вставленной в кожух 20. Отрицательный полюс электрически соединен со схемой 9 возбуждения посредством резьбового стержня 25a, самой втулки 20. Вместо передачи через электропроводящую втулку 20 также возможно передавать энергию от отрицательного полюса каким-либо другим способом, например, с помощью проводов или электропроводящего пластика.
Зубная щетка 1 может использоваться посредством нанесения зубной пасты на щетинки и чистки зубов обычным способом. Активное вещество может подаваться посредством активации переключателя, например, нажатия кнопки 22, для активации насоса 18, который вызывает подачу среды, содержащей активное вещество, через выпускное(ые) отверстие(я). Переключатель может указывать схеме таймера активировать насос 18 на заданное время, которая в свою очередь выдает активное вещество в заданном количестве. Альтернативно, активное вещество может выдаваться в определяемом пользователем количестве, например, выдача может происходить в течение времени, пока нажата кнопка 22. Затем активное вещество может наноситься на зубы при помощи щетинок. Активное вещество может подаваться перед, во время или после чистки.
В описанных в настоящем документе конструкциях зубных щеток само активное вещество может содержаться в резервуаре 15. Другими словами, нет необходимости формировать активное вещество внутри или на месте. Это упрощает конструкцию зубной щетки и исключает необходимость иметь дело с побочными продуктами, связанными с синтезом активного вещества. Альтернативно, вещество в одном резервуаре может подаваться через подающее устройство к другому резервуару, где оно "активируется", откуда затем подается посредством другого подающего устройства к одному или более выпускным отверстиям. Подающая система в конструкциях зубной щетки может использовать множество соединений, которые являются прямыми или непрямыми.
2
2
3
Неограничивающие примеры активных веществ, которые могут быть использованы, включают в себя антибактериальные вещества, например, хлоргексидин, цетилпиридиниумхлорид, триклозан, соединения олова, соединения цинка и экстракты трав; окисляющие или отбеливающие вещества, например, перекись водорода, перекись мочевины, перкарбонат натрия и PVP-HO; компоненты для подачи сверхзаряженного фтора (например, дикальцийфосфат дигидрат и другие, раскрытые в патенте США № 5785956); компоненты при чувствительности зубов, например, KNO; закрывающие вещества, например, биоактивное стекло Novamin, силикат натрия и соли аргинина, например, аргинина бикарбонат; активные вещества для здоровья десен, включающие в себя такие, которые уменьшают каскады воспалительных реакций и/или препятствуют бактериальным процессам, создающим воспалительные раздражители, например, полифенолы (например, байкалин и катехин), экстракты трав и триклозан; компоненты пищевого типа, например, витамины, минералы, аминокислоты, витамин E и фолиевая кислота; средства для регулирования образования зубного камня или компоненты, препятствующие образованию пятен, в том числе соли фосфатов, полифосфаты, поливинилфосфоновую кислоту, PVM/MA сополимеры; ферменты, например, используемые для разрушения бляшки; компоненты, создающие ощущения, например, те, которые вызывают ощущение охлаждения, покалывания или тепла; ароматизаторы и ароматизирующие компоненты; вещества, препятствующие образованию полостей или восстанавливающие эмаль вещества; компоненты для освежения дыхания; вещества, уменьшающие неприятный запах изо рта; вещества, препятствующие прикреплению, например, этиллауроиларгинат и силиконовые полимеры; диагностические растворы, например, красители- индикаторы бляшки; красители или другие вещества для эстетики; и их сочетания. Примеры ароматизаторов и ароматизирующих компонентов включают в себя эфирные масла, ментол, карвон и анетол, и различные ароматические альдегиды, эфиры и спирты. Примеры эфирных масел включают в себя масла мяты кудрявой, мяты перечной, грушанки, сассафраса, гвоздики, шалфея, эвкалипта, майорана, корицы, лимона, лайма, грейпфрута и апельсина.
Активное вещество и/или его носитель могут быть выбраны для дополнения формулы зубной пасты, например, посредством сочетания ароматизаторов, красителей, веществ для эстетики или активных компонентов. Ароматизатор может подаваться для создания постепенного изменения запаха во время чистки, что в настоящее время невозможно при использовании только одной пасты.
Активное вещество может быть совместимо с зубной пастой, или может быть нестабильно и/или реагировать с обычными компонентами зубной пасты. Неограничивающие примеры компонентов, которые имеют склонность быть нестабильными и/или реагировать с обычными компонентами зубной пасты включают в себя перекись водорода, фторид натрия, различные соли кальция, хлоргексидин, цетилпиридиниумхлорид, этиллауроиларгинат, силиконовые полимеры и ферменты. Активное вещество может также представлять собой чистящее зубы вещество, усиливающее общую эффективность чистки. Такие чистящие зубы вещества могут быть, а могут не быть совместимыми с компонентами зубной пасты.
Активное вещество может обеспечиваться в любом подходящем носителе, например, водном растворе или в виде геля или пасты. В одном примере реализации, кислород может содействовать процессу окисления, например, отбеливанию зубов или воздух усиливает общее приятное ощущение во рту. Использование воздуха может увеличить скорость распространения аромата в полости рта. Неограничивающие примеры носителей включают в себя воду, одноатомный спирт, например, этанол, поли(этиленоксиды), например, полиэтиленгликоли, такие как PEG 2M, 5M, 7M, 14M, 23M, 45M и 90M, поставляемые на рынок компанией Union Carbide, карбоксиметиленовые полимеры, например, Carbopol 934 и 974, поставляемые на рынок компанией B.F. Goodrich, и их сочетания. Выбор подходящего носителя станет очевиден специалистам в данной области техники в зависимости от таких факторов, как свойства активного вещества и требуемые свойства носителя, например, вязкость. Например, насос 18 может использоваться для выдачи носителя, имеющего вязкость от приблизительно 1 до приблизительно 200 cps.
Количество выдаваемого носителя может различаться в широком диапазоне в зависимости от таких факторов, как характер активного вещества и его концентрация в среде. Количество обычно находится в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 500 мкл на одно использование, более обычно от приблизительно 10 до приблизительно 100 мкл. Например, насос 18 может быть выполнен с возможностью подачи 10 мкл 20% геля цетилпиридиниумхлорида в течение 30 секунд, например, для нанесения в течение первых 30 секунд чистки зубов. Преимущество такой подачи заключается в том, что компоненты, несовместимые с зубной пастой взаимодействуют с зубной пастой как можно меньше.
Резервуар 15 может содержать количество носителя с активным веществом, предназначенное для одного использования или небольшого числа использований, или может облегчать многократное использование в течение длительного периода времени, например, до нескольких месяцев или нескольких лет (например, при использовании с зубной щеткой, имеющей сменную головку). Размер резервуара 15 может быть выбран совместимым с требуемыми общими размерами зубной щетки 1, в особенности суженного участка 11, а также таких факторов, как стабильность активного вещества и количество носителя, подаваемое при каждом нанесении.
Подача активного вещества в резервуар 15 может не содержать или по существу не содержать компонентов, которые несовместимы с активным веществом и/или носителем, содержащим активное вещество, например, с несовместимыми компонентами зубной пасты, как было установлено ранее. В одном аспекте резервуар 15 может не содержать или по существу не содержать зубной пасты, когда зубная паста отдельно наносится на щетинки пользователем. Альтернативно, как указывалось выше, активное вещество может изначально храниться в одном резервуаре и затем переноситься в другой резервуар, где оно активируется только перед подачей, что может быть полезно при некоторых условиях или обстоятельствах.
Как описано в настоящем раскрытии, насос 18 может иметь компактную конструкцию, удобную для установки в небольшие пространства, например, без ограничения, в головку зубной щетки 1. Некоторые существующие насосы включают в себя камеру насоса, которая накладывается в вертикальном направлении над створчатыми клапанами и не совмещается в осевом направлении, а ассиметрично смещена относительно впускного и выпускного отверстий основной части или корпуса насоса. В этих насосах клапаны и мембрана насоса могут представлять собой отдельные компоненты. Хотя эта конструкция может быть компактной по размеру, это может привести к такой высоте и размерам насоса, которые не будут идеальными для всех предполагаемых применений, зависящих от размера и конфигурации устройства для ухода за полостью рта, в которое будет вставляться насос.
При использовании по всему документу диапазоны используются как сокращенные обозначения для описания любого и каждого значения, находящегося внутри диапазона. Любое значение внутри диапазона может быть выбрано в качестве конца диапазона. Кроме того, все цитируемые документы, приведенные в настоящем документе, тем самым полностью включены в него посредством ссылки. В случае конфликта между определением, приведенным в настоящем описании, и определением, приведенным в цитируемом источнике, преимущество имеет настоящее описание.
Хотя вышеприведенное описание и чертежи представляют примерные варианты осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что в них могут быть внесены различные дополнения, модификации и замены без отступления от смысла и объема настоящего изобретения, определяемого прилагаемой формулой. В частности, специалистам в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение может осуществляться в других конкретных видах, структурах, конструкциях, пропорциях, размерах и с использованием других элементов, материалов и компонентов без отступления от его смысла или существенных характеристик. Специалисту в данной области техники очевидно, что изобретение может использоваться со многими модификациями структуры, конструкции, пропорций, размеров, материалов и компонентов и иным образом, используемым в практическом применении изобретения, которые конкретно приспособлены к конкретным условиям и рабочим требованиям, без отступления от принципов настоящего изобретения. Раскрытые в настоящем документе варианты осуществления, следовательно, должны рассматриваться во всех отношениях как иллюстративные и неограничивающие, объем изобретения определяется приложенной формулой и не ограничивается вышеприведенным описанием или вариантами осуществления. Скорее приложенную формулу следует истолковывать широко для включения в нее других разновидностей и вариантов осуществления изобретения, которые могут быть выполнены специалистами в данной области техники без отступления от смысла и диапазона эквивалентов изобретения.