Способ и устройство доставки композитной суспензии на щетину
METHOD AND DEVICE FOR DELIVERY OF COMPOSITE SUSPENSION ON BRISTLE

Заявленное изобретение относится к области удовлетворения жизненных потребностей человека: от средств личной гигиены и косметических принадлежностей (зубные щетки-дозаторы, щеточки для макияжа с резервуаром текучей среды) до санитарно-гигиенических чистящих средств, с дозируемой текучей композитной суспензией. Областью преимущественного применения являются ручные зубные щетки-тубусы-дозаторы для массового использования. Наиболее эффективными могут стать для людей с ограниченными возможностями и/или условия труда и жизни, которых затрудняют или исключают одновременное использование обеих кистей рук.
Известны способы и устройства ухода за полостью рта крупнейших производителей средств личной гигиены, выполненные в виде концептов «два в одном» - щетка-тубус или «три в одном» - щетка-тубус-дозатор в изобретениях [RU 2567713, RU 2560058, RU 2520052] и их ранних аналогах-прототипах [RU 2255708, RU 2108052].
Актуальность таких устройств обусловлена комбинацией двух, трех и более функций в одном устройстве, например: чистящей щетины (зубной щетки) и резервуара (тубуса) с композитной суспензией (пастой), дозатора (диспенсера), и более сложными функциями, в том числе с электронными компонентами.
Основными недостатками таких устройств являются специализированные резервуары для композитной суспензии, требующие регулярного заполнения в случае многократного их использования. Более того, если для устройств RU 2567713, RU 2560058, RU 2520052 и им подобным критическими параметрами являются сложность их изготовления и большое количество сложных составных частей, что существенно повышает их стоимость, то для ранних устройств RU 2255708, RU 2108052 и им подобных, недостатками являются их примитивизм и, как следствие, нерегулируемое дозирование, неудовлетворительные эргономика и санитарная гигиена как при хранении (открытая полость резервуара с композитной суспензией и пересыхание последней), так и при регулярном использовании.
Наиболее эффективное техническое решение реализовано в изобретении «Щетка-тубус-дозатор» [RU 2618473]. В нем технический результат - управляемое открытие-закрытие полостей, предотвращающее доступ извне загрязнений и воздуха, и, дозированная подача и равномерное распределение композитной суспензии по щетине достигаются созданием определенного избыточного давления во внутренней полости головки со щетиной за счет однократного сжатия с последующим удержанием или сжатия с последующим отпусканием пластинчатой пружинящей бранши, соответственно, исходно находящейся в нормально-разомкнутом или нормально-замкнутом состоянии.
Наиболее близким по технической сущности и заявляемому результату является устройство содержащее рукоятку, головку со щетиной и композитную суспензию, помещенную в тубус - полость рукоятки ограниченного объема, сообщающийся с полостью головки со щетиной [RU 26901]. В последствии его точная копия воспроизведена испанской студией дизайна Awamura-ganjavian как концепт Twist&Brush - симбиоз зубной щетки и встроенного в рукоятку прозрачного тубус-шприца с зубной пастой [http://gizmod.ru/2011/03/24/twistbrush-zubnaya-shhetka-s-otsekom-dlya-pasty]. Для выдавливания композитной суспензии из тубуса на головку со щетиной используется поршень с винтовым толкателем, поворот которого дозирует количество композитной суспензии на щетину.
Основным недостатком таких устройств является вращение винтового толкателя [RU 26901, Twist&Brush], требующее либо использования кистей обеих рук, либо сложную манипуляцию пальцев кистью одной руки. Кроме того, отсутствие механизма открытия-закрытия полости тубуса с содержимым, как при осуществлении процесса чистки так и при хранении, способствует проникновению загрязнений извне и их накоплению внутри полостей. При этом свободный доступ воздуха при хранении приводит к пересыханию композитной суспензии в узких участках полостей. Поэтому такие устройства не могут соответствовать санитарно-гигиеническим нормам.
Для соблюдения санитарно-гигиенических норм при многократном использовании таких устройств, предлагаются съемные «Насадки одноразового пользования для подачи геле и пастообразного вещества» [RU 145869]. Их сущность идентична прототипу [RU 26901] за исключением того, что избыточное давление создается в тубусе, деформируемом сжатием кисти руки человека (как и в устройстве [RU 2255708]), и поэтому не может быть строго дозированным. Необходимость съемных одноразовых насадок приводит к тому, что концепт Twist&Brush - «два в одном» теряет функциональный смысл.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа и устройства дозированной доставки композитной суспензии на щетину и повышение гигиенических качеств комбинированных «три в одном» ручной зубной щетки, тубуса с композитной суспензией и дозатора.
При его осуществлении могут быть получены следующие технические результаты:
- дозированная доставка композитной суспензии на щетину при однократном нажатии на головку со щетиной с использованием только пальца/пальцев кисти одной руки;
- регулируемое количество композитной суспензии в дозе;
- существенная экономия времени на нанесение пасты на щетину и на последующую ее обработку для хранения;
- съемные и сменные многоразовые головка со щетиной и тубус с композитной суспензией, и, как следствие, легкость ухода за составными частями устройства;
- а также упрощение конструкции устройства по сравнению с аналогами.
Технические результаты достигаются тем, что в известном устройстве - «Автоматически заменяемая зубная щетка» [RU 26901] содержащем рукоятку, головку со щетиной и тубус с композитной суспензией, последний связан механически с рукояткой и гидравлически с головкой со щетиной посредством полости в головке со щетиной. При этом нужное (дозированное) количество композитной суспензии выдавливается из полости головки на ее поверхность, на которой закреплены локальные пучки щетины, за счет создания определенного избыточного давления в полостях головки со щетиной и тубусе с композитной суспензией.
Существенными признаками, отличающими изобретение от прототипа являются:
По способу: создание избыточного давления в полости закрытой от тубуса с композитной суспензией и открытие выходного отверстия в головке со щетиной путем нажатия на нее, с последующим отпусканием и закрытием выходного отверстия и полости головки со щетиной и созданием разряжения в полости тубуса с композитной суспензией.
По устройству: введение диафрагмы и помпы-дозатора, состоящей из основания с впускными клапаном и отверстием и подпружиненного полого штока с поршнем с выпускными клапаном и отверстием. При этом основание помпы-дозатора связано механически с рукояткой, с тубусом и с диафрагмой, а подпружиненный полый шток с поршнем связан механически с головкой со щетиной и гидравлически с ее полостью и с выходным отверстием и с отверстием диафрагмы. А также введение кольца с изменяемой по окружности толщиной кольцевых сегментов, связанного со штоком и ограничивающего его ход.
Для дозированного высвобождения содержимого тубуса (упаковки) известны устройства (дозаторы, диспенсеры) автоматического отмеривания (дозирования) и выдачи заданного количества, массы или объема вещества (твердых сыпучих материалов, паст, жидкостей, газов) в виде порций или постоянного расхода с установленной погрешностью [http://ru.wikipedia.org/wiki, Статья «Дозатор»]. В продаже на сайтах известных интернет-магазинов AliExpress, Amazon, Ebay и других имеется широкий выбор ручных и автоматических дозаторов для зубной пасты [http://moskva.regmarkets.ru/dozatory-zubnoy-pasty-65215. Сайты интернет-магазинов AliExpress, Amazon, Ebay].
Фармацевтической промышленностью выпускается огромный ассортимент стандартных клапанно-распылительных систем (атомайзеры, пульверизаторы), в том числе для жидких продуктов (спрейеры, помпы-дозаторы и тому подобные микронасосы), состоящих, как правило, из следующих штатных компонентов: распылительной головки (насадки), штока, пружины, поршня, основания - корпуса, одного или более клапанов - впускного/выпускного (прямого, обратного), резиновой манжеты, сифонной трубки, прокладки, крышки и других сопутствующих элементов и компонентов. Их принцип действия основан на механическом выжимании поршневым микронасосом жидких продуктов, вязких жидкостей (мазь, крем, гель, паста) и прочих композитных суспензий [RU 2615011, RU 99358, RU 103460, RU 130391, RU 175003].
Предлагаемые способ и устройство доставки композитной суспензии на щетину характеризуется тем, что регулируемая доза композитной суспензии доставляется на щетину при однократном нажатии на головку со щетиной пальцами кисти одной руки единого комбинированного устройства «три в одном» - щетка-тубус-дозатор. При нажатии создается избыточное давление в полости головки со щетиной и открывается выходное отверстие в ней, а при отпускании головки со щетиной создается разряжение в полости тубуса с композитной суспензией с перераспределением последней в полость помпы-дозатора, закрытой от полости головки со щетиной и выходного отверстия в ней. С этой целью основание помпы-дозатора связано механически с рукояткой и с тубусом с композитной суспензией, а подпружиненный полый шток с поршнем связаны механически с головкой со щетиной и гидравлически с ее полостью. Введение диафрагмы выполненной из упругой пластины с продолговатым отверстием в ней, расположенной в полости головки со щетиной и механически связанной с основанием помпы-дозатора, предотвращает попадание из вне воздуха и загрязнений в полости устройства как при хранении, так и при чистке зубов, что повышает гигиенические качества таких комбинированных «три в одном» устройств. Более того каждое нажатие и отпускание головки со щетиной и, соответственно, возвратно-поступательное движение диафрагмы в полости головки со щетиной и выпускной полости штока и за счет трения-скольжения в композитной суспензии не позволяет пересыхать последней в случае длительного неиспользования устройства.
Полученные при осуществлении изобретения технические результаты, а именно:
- дозированная доставка композитной суспензии на щетину при однократном нажатии на головку со щетиной с использованием только пальца/пальцев кисти одной руки;
- регулируемое количество композитной суспензии в дозе;
- существенная экономия времени на нанесение пасты на щетину и на последующую ее обработку для хранения;
- съемные и сменные головка со щетиной и тубус с композитной суспензией, и, как следствие, легкость ухода за составными частями устройства;
- а также упрощение конструкции устройства по сравнению с аналогами достигаются за счет того, что: основание введенной помпы-дозатора связано механически с рукояткой, с тубусом и введенной диафрагмой, а подпружиненный полый шток с поршнем связан механически с головкой со щетиной и гидравлически с ее полостью, выходным отверстием и диафрагмой. Нажимая на головку со щетиной сначала создается избыточное давление в ее полости и открывается выходное отверстие в ней, закрытых от полости тубуса с композитной суспензией, затем отпуская головку со щетиной создается разряжение в полости тубуса с композитной суспензией закрытой от полости головки со щетиной; введение диафрагмы выполненной из упругой пластины с продолговатым отверстием, расположенной в полости головки со щетиной и гидравлически связанной с выходным отверстием в ней и механически связанной с основанием помпы-дозатора, предотвращает попадание из вне воздуха и загрязнений в полости устройства, как при хранении, так и при выполнении гигиенических процедур; введенное кольцо с изменяемой по окружности толщиной кольцевых сегментов ограничивает ход (возвратно-поступательные движения) подпружиненного полого штока и, как следствие, регулирует количество композитной суспензии в дозе. При этом наибольшая толщина кольцевого сегмента, соответствующая максимальному ходу подпружиненного штока, блокирует движение последнего, предотвращая несанкционированный нажим (функция удобна при транспортировке и хранении) и может служить также контрольным индикатором начала использования устройства.
Кроме того, съемные и сменные головка со щетиной и тубус с композитной суспензией обеспечивают легкость ухода за составными частями устройства (при необходимости) и повышают гигиенические качества как при хранении, так и при многократном (сменные тубусы) и/или совместном (сменные, индивидуальные головки со щетиной) использовании.
На фиг. 1-3 приводится один из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, раскрывающий способ его реализации: На фиг. 1 изображено продольное сечение устройства в исходном состоянии. На фиг. 2 и 3 дополнительно изображены продольное и ортогональные А и Б сечения устройства при нажатой головке со щетиной. При этом заявленное изобретение также может быть осуществлено другими способами таким образом, что будет включать в себя отличающиеся элементы и условия или комбинации элементов и условий, аналогичных элементам и условиям, описанным в данном документе, в сочетании с другими существующими и будущими технологиями.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения устройство доставки композитной суспензии на щетину характеризующееся тем, что содержит диафрагму и помпу-дозатор. Помпа-дозатор состоит из типовых (штатных) компонентов: основания с впускными клапаном и отверстием и подпружиненного полого штока с поршнем с выпускными клапаном и отверстием. При этом основание помпы-дозатора связано механически с рукояткой и с тубусом, а подпружиненный полый шток с поршнем связаны механически с головкой со щетиной и гидравлически с ее полостью. Диафрагма выполнена из упругой пластины с продолговатым отверстием размером N и площадью S перекрытия, связана механически с основанием помпы-дозатора и гидравлически с выпускным отверстием полого штока, полостью и внешним отверстием головки со щетиной.
2
Устройство, изображенное на фиг. 1-3 содержит: 1 - головку со щетиной с внешним отверстием 11 диаметром d и полостью 12 в ней; 2 - помпу-дозатор с основанием 21 с впускными клапаном 22 и отверстием 23, полый шток 24 с пружиной 25 и поршнем 26, с выпускными клапаном 27 и отверстием 28; 3 - рукоятку; 4 - тубус с композитной суспензией; 5 - диафрагму шторного типа, выполненную из упругой пластины с продолговатым отверстием длиной N и площадью перекрытия S = πD/4, где D - ее поперечный размер, при этом D>d (фиг. 3); 6 - кольцо с разной толщиной кольцевых сегментов по окружности (на фигурах показано условно штриховыми линиями); 7 - муфту с резьбовым соединением.
Головка 1 со щетиной насажена на конец полого штока 24 помпы-дозатора 2. Может быть выполнена как съемной и сменной, так и не съемной. При этом, конфигурация полого штока 24, как и общая конфигурация всего устройства, соответствует общепринятой эргономике зубных щеток [ГОСТ 6388-91. Зубные щетки. Общие технические условия].
Рукоятка 3 механически связана с основанием 21 помпы-дозатора 2, которая механически посредством муфты 7 связана с тубусом 4 с композитной суспензией. Свободно вращающаяся на основании 21 помпы-дозатора муфта 7 позволяет использовать сменные тубусы 4 разных размеров, но с единым размером посадочного соединения. При этом полости тубуса 4 с композитной суспензией и помпы-дозатора 2, включая впускное 23 и выпускное 28 отверстия, связаны гидравлически между собой посредствам впускного 22 и выпускного 27 клапанов.
Типовой состав поз. 21-28 устройства помпы-дозатора 2, связи ее элементов и компонентов, а также принцип действия основанный на механическом выжимании поршневым микронасосом (помпой) вязких жидкостей и прочих композитных суспензий, известны и описаны в литературе [например: RU 2615011, RU 99358, RU 103460, RU 130391, RU 175003 и др.], поэтому на фиг. 1-3 показаны условно и описаны в упрощенном виде. Подпружиненный пружиной 25 полый шток 24 с поршнем 26 помпы-дозатора 2 механически связан с головкой 1 со щетиной и гидравлически с ее полостью 12 и внешним отверстием 11 в ней посредством диафрагмы 5, которая механически связана с основанием 21 помпы-дозатора 2. При этом полый шток 24 с поршнем 25 и головкой 1 со щетиной имеют возможность совершать возвратно-поступательные движения по оси О-О помпы-дозатора 2 относительно ее основания 21 и диафрагмы 5 в пределах расстояния L.
2
Диафрагма 5 шторного типа, показанная в сечении на фиг. 1 и 2 и в виде сверху на фиг. 3, выполнена из упругой пластины с продолговатым отверстием длиной N и площадью перекрытия S = πD/4. При этом центр площади S перекрытия в исходном состоянии (фиг. 1) расположен соосно оси внешнего отверстия 11 с диаметром d головки 1 со щетиной. Поскольку D>d, то внешнее отверстие 11 головки со щетиной закрыто площадью S перекрытия диафрагмы 5, соответственно закрыта полость 12 головки со щетиной и выпускное отверстие 28 штока 24 (полость штока). Так как диафрагма 5 связана механически с основанием 21 помпы-дозатора 2, как показано на фигурах, то при нажиме и отпускании головки со щетиной она за счет пружины 25 совершает возвратно-поступательное движение относительно выходного 11 и выпускного 28 отверстий, соответственно открывая и закрывая их.
Кольцо 6 с разной толщиной кольцевых сегментов по окружности имеет возможность вращения по оси штока 24 с дискретным (как показано штриховыми линиями на фигурах) или плавным изменением толщины кольцевых сегментов. В исходном состоянии перед началом использования устройства максимальная толщина L кольцевого сегмента кольца 6 блокирует несанкционированный нажим на головку 1 со щетиной. При осевом вращении кольца 6 и, соответственно, уменьшении толщины его кольцевых сегментов от L до 1, ход полого штока 24 с поршнем 26 увеличивается до максимального. Это позволяет регулировать дозу композитной суспензии при однократном нажатии на головку 1 со щетиной.
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии (фиг. 1) выпускной клапан 27 и выпускное отверстие 28 закрыты от внутренней полости помпы-дозатора, а впускные клапан 22 и отверстие 23 открыты. При присоединении тубуса 4 с композитной суспензией к основанию 21 помпы-дозатора 2 посредствам муфты 7 их полости гидравлически связаны между собой.
При хранении или перед началом первого использования устройства кольцо 6 установлено на максимальную толщину L кольцевого сегмента и блокирует несанкционированный нажим на головку 1 со щетиной. Повернув кольцо 6 на любой угол, срывается контролька, сигнализирующая начало использования устройства. Устанавливая заданную толщину от L до 1 кольцевого сегмента кольца 6, задают ход возвратно-поступательного движения полого штока 24 с поршнем 26, и, соответственно, дозу композитной суспензии, доставляемую на щетину.
При первом нажатии на головку со щетиной 1 и ее отпускании происходит механическое выжимание помпой-дозатором композитной суспензии и ее перераспределение из тубуса в полости помпы-дозатора 2, полого штока 24 и в полость 12 головки 1 со щетиной.
При нажатии на головку 1 со щетиной и движении полого штока 24 с поршнем 26 внутреннее пространство помпы-дозатора 2 уменьшается, выпускные клапан 27 и отверстие 28 открываются, а впускные клапан 22 и отверстие 23 закрываются. В полости головки 1 со щетиной открыто связанной с внутренним пространством помпы-дозатора создается избыточное давление. Поскольку головка 1 со щетиной и, соответственно, ее выходное отверстие 11 диаметром d смещаются относительно диафрагмы 6, механически связанной с основанием 21 помпы-дозатора, то продолговатое отверстие диафрагмы 6 открывает полость 12 и выходное отверстие 11 головки 1 со щетиной (фиг. 2 и 3). Композитная суспензия доставляется на поверхность головки со щетиной. Объем вытесняемой композитной суспензии из помпы-дозатора напрямую зависит от длины L хода штока 24.
При отпускании головки со щетиной, за счет энергии пружины 25, работающей на растяжение, полый шток 24 с поршнем 26 и головкой 1 со щетиной возвращаются в исходное состояние (фиг. 1). При этом выпускные клапан 27 и отверстие 28 закрываются, а впускные клапан 22 и отверстие 23 открываются, создавая разряжение в полости тубуса с композитной суспензией с перераспределением последней в полость помпы-дозатора, закрытой от полости головки со щетиной и выходного 11 отверстия в ней.
Удерживая устройство кистью одной руки вращение кольца 6 удобно осуществлять большим и указательным пальцами. Нажим на головку со щетиной удобно также осуществлять большим или указательным пальцем кисти одной руки. При этом каждое однократное нажатие на головку со щетиной доставляет определенную, регулируемую кольцом 6 дозу композитной суспензии на щетину.
Таким образом, предлагаемые способ и устройство доставки композитной суспензии на щетину позволяют регулировать и доставлять дозу композитной суспензии на щетину при однократном нажатии на головку со щетиной пальцами кисти одной руки единого комбинированного устройства «три в одном» - щетка-тубус-дозатор. При этом:
- экономится время на нанесение пасты по сравнению с обычным способом;
- повышаются гигиенические качества комбинированных «три в одном» ручной зубной щетки как при хранении, так и при использовании, за счет введенной диафрагмы, перекрывающей выходное отверстие и предотвращающей закупоривание полости головки со щетиной при подсыхании последней при длительном хранении;
- облегчается эксплуатация и уход за съемными и/или сменными составными частями устройства, при одновременном упрощении конструкции в целом.
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДОСТАВКИ КОМПОЗИТНОЙ СУСПЕНЗИИ НА ЩЕТИНУ
Список цитированных документов
1. RU 2567713, 09.04.2014. Патент на изобретение. Устройство для ухода за полостью рта, выдающее текучую среду. Опубликовано: 10.11.2015. Бюл. №31.
2. RU 2560058, 16.12.2010. Патент на изобретение. Способ для ухода за полостью рта. Опубликовано: 20.08.2015. Бюл. №23.
3. RU 2520052, 16.12.2010. Патент на изобретение. Система, комплект и способ для ухода за полостью рта. Опубл.: 20.06.2014. Бюл. №17.
4. RU 2255708, 24.09.2003. Патент на изобретение. Тюбик-щетка. Опубликовано: 10.07.2005 г.
5. RU 2108052, 26.11.1992. Патент на изобретение. Зубная щетка. Опубликовано: 10.04.1998 г.
6. RU 2618473, 18.12.2015. Патент на изобретение. Щетка-тубус-дозатор. Опубликовано: 03.04.2017. Бюл. №10. (Аналог).
7. http://gizmod.ru/2011/03/24/twistbrush-zubnaya-shhetka-s-otsekom-dlya-pasty. Концепт Twist&Brush - зубная щетка и встроенный в рукоятку прозрачный тубус-шприц с зубной пастой, в одном, от испанских дизайнеров Awamura-ganjavian. (Прототип).
8. RU 26901, 21.02.2000. Свидетельство на полезную модель. Автоматически заменяемая зубная щетка. Опубликовано: 10.01.2003 г. (Прототип).
9. RU 145869, 24.04.2014 г. Патент на полезную модель. Насадка одноразового пользования для подачи геле и пастообразного вещества. Опубликовано: 27.09.2014 г.
10. Статья «Дозатор», https://ru.wikipedia.org/wiki/.
11. Сайты интернет-магазинов AliExpress, Amazon, Ebay.
12. http:moskva.regmarkets.ru/dozatory-zubnoy-pasty-65215.
13. RU 2615011, 17.04.2015. Патент на изобретение. Устройство для дозирования жидкости Опубл.: 03.04.2017. Бюл. №10.
14. RU 99358, 06.05.2010. Патент на полезную модель. Устройство для порционной выдачи жидкого моющего средства. Опубл.: 20.11.2010. Бюл. №32.
15. RU 103460, 06.09.2010. Патент на полезную модель. Дозирующее устройство подачи жидкого средства для обработки рук. Опубл.: 20.04.2011. Бюл. №11.
16. RU 130391, 11.02.2011. Патент на полезную модель. Клапан с вертикальным выпуском для активирования и дозирования жидкости и содержащий его ручной насос Опубл.: 20.07.2013. Бюл. №20.
17. RU 175003, 05.06.2017. Патент на полезную модель. Дозирующий насос для выдачи жидкости или геля из емкости. Опубл.: 15.11.2017. Бюл. №32.
18. ГОСТ 6388-91. Зубные щетки. Общие технические условия.