НАХОДЯЩАЯСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ КЛАПАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПРИВЕДЕНИЯ В ДВИЖЕНИЕ ПУЧКОВ ЩЕТИНОК
VALVE SYSTEM WHICH IS UNDER PRESSURE FOR BRINGING INTO MOTION BUNDLES OF BRISTLES

Данное изобретение относится в целом к устройствам для чистки зубов, таким как зубные щетки и капы, а более конкретно относится к системе для приведения в движение пучков щетинок в таких устройствах к зубам и от них, не вызывая кавитации, способной в противном случае препятствовать очищающему действию.
В устройствах для чистки зубов, включая как зубные щетки, так и капы, движение отдельных щетинок, используемое для очистки зубных поверхностей, происходит к зубам и от них в виде постукивающего или слегка ударяющего действия. Возможны различные способы возникновения данного особого движения. Однако, одним желательным способом является использование давления текучей среды. Было обнаружено, что для эффективного очищающего действия, желательными являются величина движения щетинок, находящаяся между 0,9 и 3,22 мм и частота между 100 и 300 Гц. Однако, известная трудность такой конфигурации состоит в том, что использование насоса для перемещения текучей среды вперед и назад, которое вызывает движение щетинок, является как медленным, так и энергозатратным, поскольку необходимо преодолевать инерционность общего объема текучей среды. Кроме того, также известно, что с подобной системой пучки щетинок если и будут вообще двигаться, то только очень немного при повышенных частотах, т.е. выше 100 Гц, вследствие кавитационного эффекта в текучей среде, который возникает за счет действия насоса. Таким образом, необходимо устройство для осуществления вызываемого давлением текучей среды движения пучков щетинок в пределах требующегося частотного диапазона, составляющего 100-300 Гц.
Согласно оному аспекту изобретения создано устройство для чистки зубов, содержащее корпус устройства, включающий в себя его переднюю часть, имеющую два отдельных внутренних канала и корпус области щетинок на его дистальном конце; два подвижных поршневых элемента, расположенных внутри двух каналов с обеспечением герметичности; гибкую мембрану, расположенную внутри корпуса области щетинок, при этом два канала расположены соответственно над и под мембраной, причем текучая среда находится в двух каналах в отсутствии сообщения по текучей среде между ними; множество пучков щетинок, установленных на мембране и герметично проходящих через корпус; и приводной узел для перемещения поршней поочередно с противоположным действием внутри двух каналов таким образом, чтобы мембрана двигалась вверх и вниз, двигая область щетинок к зубам и от них.
Предпочтительно частота движения области пучков щетинок находится внутри диапазона 100-300 Гц.
Предпочтительно, величина хода области пучков щетинок, двигающейся в направлении зубов и в сторону от них, находится внутри диапазона 0,9-3,22 мм.
Предпочтительно устройство для чистки зубов является зубной щеткой или капой.
Предпочтительно устройство для чистки зубов выполнено с возможностью перемещения при работе одного поршня к корпусу области щетинок при перемещении другого поршня от корпуса области щетинок и наоборот.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения создано устройство для чистки зубов, содержащее корпус устройства, включающий в себя корпус области щетинок, заполненный текучей средой и включающий в себя отверстие; гибкую мембрану, расположенную в отверстии, при этом мембрана герметично связана с корпусом; область пучков щетинок, установленную на мембране; и насос и клапанную систему для поддержания давления текучей среды в корпусе, при этом клапаны расположены внутри корпуса таким образом и действуют поочередно так, что давление текучей среды под мембраной поочередно повышается и понижается, результатом чего является движение мембраны и области пучков щетинок к зубам и от них.
Предпочтительно частота движения области пучков щетинок находится внутри диапазона 100-300 Гц.
Предпочтительно насос расположен внутри корпуса.
Предпочтительно насос расположен внутри корпуса устройства, с соединительным каналом между насосом и корпусом.
Предпочтительно текучей средой внутри корпуса является жидкость или воздух.
Предпочтительно устройство для чистки зубов включает в себя жесткий элемент, расположенный внутри корпуса, причем клапаны расположены между жестким элементом и корпусом вблизи противоположных концов мембраны.
Предпочтительно устройство для чистки зубов представлено в виде зубной щетки или капы.
Далее изобретение будет пояснено более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - упрощенное схематичное изображение поперечного сечения, показывающее один вариант осуществления приводимого в действие за счет давления текучей среды устройства, показывая единственный пучок.
Фиг.2 - упрощенное схематичное изображение поперечного сечения, показывающее еще один вариант осуществления системы приводимых в действие за счет давления текучей среды пучков.
Фиг.3 - изображение поперечного сечения концепции варианта осуществления Фиг.1 в целой зубной щетке.
Фиг.4A и 4B - изображения поперечного сечения, показывая действие пучка щетинок зубной щетки с Фиг.3.
Фиг.5 - изображение поперечного сечения концепции варианта осуществления с Фиг.1 в капе.
Фиг.6 - изображение поперечного сечения концепции варианта осуществления с Фиг.2 в целой зубной щетке.
Фиг.7A и 7B - изображения поперечного сечения, показывая действие пучка щетинок зубной щетки с Фиг.6.
Фиг.8 представляет собой изображение поперечного сечения концепции варианта осуществления с Фиг.2 в капе.
На фиг.1 представлен первый вариант осуществления системы давления текучей среды для приведения в движение области щетинок к зубам пользователя и от них, вызывающего постукивающее действие о зубы для их очистки. Система давления текучей среды может быть использована для движения или области щетинок зубной щетки, или области щетинок капы. Фиг.1 показывает головку 12 зубной щетки и область 14 щетинок, которая для целей ясности включает в себя только единственный пучок щетинок. Как правило, пучок щетинок будет включать в себя 90 или около того отдельных щетинок, тогда как область щетинок для зубной щетки будет, как правило, включать в себя приблизительно 20 пучков щетинок. Несмотря на то, что Фиг.1 показывает головку 12 щетки, которая является более подходящей для зубной щетки, аналогичные конфигурации могут быть созданы для капы, как обсуждается более подробно ниже.
Головка 12 щетки включает в себя шейную секцию 15, которая разделена на два канала 18 и 20 посредством продольного элемента 22, расположенного приблизительно посередине между верхней и нижней стенками 23 и 25 шейной секции. В каналах 18 и 20 с обеспечением герметичности установлены поршни 22 и 24, которые двигаются вперед и назад посредством системы приведения в действие, обозначенной в целом номером 28 и расположенной в корпусе 30 зубной щетки.
Внутри корпуса 32 области щетинок, который расположен на дистальном конце головки 12 щетки и с возможностью сообщения с ней по текучей среде, установлена гибкая мембрана 34. Мембрана 34 в показанном варианте осуществления имеет ширину 10 мм и длину 20 мм, что составляет приблизительно размер обычной области щетинок зубной щетки, и имеет толщину приблизительно 0,1 мм в показанном варианте осуществления. Мембрану 34 изготавливают из гибкой резины или другого пластичного материала. Группа отдельных пучков щетинок, проиллюстрированная в виде единственного показанного пучка 14 щетинок, включающего в себя область щетинок, герметично соединена с мембраной 34 и для предотвращения утечки текучей среды также герметично соединена с корпусом 32 области щетинок в точке 35. В обоих каналах 18 и 20 со стороны головки щетки поршней 22 и 24 находится текучая среда, такая как вода, тогда как слева от поршней 22 и 24 находится воздух.
В процессе работы поршни 22 и 24 двигаются точно в противоположных направлениях друг к другу, т.е. с разворотом на 180°. По мере того, как один поршень двигается вправо, другой поршень двигается влево, и наоборот. Например, когда нижний поршень 24 двигается вправо, под мембраной 34 создается повышенное давление вследствие уменьшения объема канала 20. В это же время поршень 22 перемещается влево, результатом чего является пониженное давление над мембраной 34. Результатом этого является движение мембраны 34 и области пучков щетинок вверх, на Фиг.1, к зубам. Как правило, величина хода будет составлять приблизительно 3,2 мм, хотя величина хода может немного отличаться, т.е. в пределах диапазона, составляющего 0,9-3,2 мм, и все-таки вызывать эффективную чистку.
В свою очередь, по мере движения верхнего поршня 22 вправо в направлении корпуса области щетинок с созданием повышенного давления на верхней поверхности мембраны 34 поршень 24 будет перемещаться влево, результатом чего является пониженное давление на нижней поверхности мембраны. Результатом этого является перемещение мембраны вниз, при этом область пучков щетинок за счет этого перемещается от зубов.
Результатом продолжительного повторяющегося действия поршней 22 и 24 является быстрое перемещение взад-вперед области пучков щетинок, вызывающее действие типа постукивания или легкого ударения о зубы, вызывая эффективную чистку. Использование конфигурации сдвоенных поршней с постоянным давлением (выше окружающего) внутри каналов 18 и 20 и внутри корпуса области щетинок предотвращает сколь-нибудь значимое возникновение кавитации в текучей среде, находящейся во рту, обеспечивая за счет этого повышенные частоты области щетинок, т.е. в пределах диапазона, составляющего 100-300 Гц, с эффективной продолжительностью перемещения.
Фиг.3 более полно показывает зубную щетку 35. Она включает в себя корпус 36 зубной щетки и головку 37 щетки с корпусом 38 пучков щетинок на дистальном конце головки щетки, множество узлов 39 пучков щетинок, расположенных внутри корпуса 38 и установленных для перемещения относительно него вверх/вниз. Фиксатор пучков щетинок узла 39 пучков щетинок герметизирован относительно корпуса 38 пучков щетинок. Кроме того, фиксатор пучков щетинок соединен с гибкой мембраной 40, расположенной в корпусе 38.
По длине головки 37 щетки в корпус 38 пучков щетинок проходят два канала 41, 42, заполненные текучей средой. На проксимальных концах каналов для текучей среды находятся поршни 43, 44, как и в варианте осуществления выше. Они приводятся в действие в противоположных направлениях, как правило с ходом 0,5 мм, оказывая давление на текучую среду в каналах, при этом давление всегда выше окружающего.
Поршни 43, 44 двигаются независимо посредством узла 45 привода линейного перемещения, плавно перемещаясь вдоль направляющей или ролика 49 и тому подобное. Система имеет контроллер 47 с источником 48 энергии. Фиг.4A и 4B показывают перемещение узлов 39 пучков щетинок, вверх и вниз с мембраной 40 по мере движения поршней в противоположных направлениях.
На Фиг.5 показан вариант осуществления капы. Капа 80 включает в себя вращающийся двигатель 82 постоянного тока с эксцентриком, управляемый контроллером 84 с источником 86 энергии. Двигатель 82 управляет перемещением текучей среды поочередно в коннектор 88 текучей среды капы наружного дугового участка и в коннектор 90 текучей среды внутреннего дугового участка. Множество узлов 91 пучков щетинок, установленных на гибкой мембране, расположено между внутренним и наружным дуговыми участками таким образом, что когда давление текучей среды на мембране поочередно повышается и понижается, возникает движение узлов 91 пучков щетинок к зубам и от них, обеспечивая постукивающее/легкое ударяющее действие для очистки зубов. Для того, чтобы избежать кавитации, гидравлический аккумулятор 100 поддерживает положительное давление в текучей среде.
Фиг.2 показывает еще один вариант осуществления для приводимой в действие давлением текучей среды области щетинок. Фиг.2 показывает поперечное сечение головки зубной щетки, которая включает в себя корпус 52 пучков щетинок. Корпус 52 в показанном варианте осуществления имеет длину, равную 20 мм, ширину, равную 8-10 мм, и глубину, равную 7 мм. Он изготовлен из пластмассы толщиной приблизительно 1 мм. Внутри корпуса 52 имеется пластина 54, которая проходит от края до края корпуса 52, но расположена таким образом, что имеется пространство между концами 57 и 58 пластины и внутренней поверхностью корпуса 52. За счет этого между корпусом 52 и пластиной 54 образован канал 56 для текучей среды.
Корпус 52 включает в себя отверстие 60, которое проходит от края до края корпуса. В показанном варианте осуществления отверстие 60 имеет ширину приблизительно 8 мм. В отверстии 60 расположена гибкая мембрана 62. Мембрана 62 изготовлена из резины или аналогичного гибкого материала и в показанном варианте осуществления имеет толщину приблизительно 0,5 мм. К мембране прикреплена область пучков 64 щетинок. Это может быть сделано с помощью различных средств, включая термическую сварку, склеивание или формование в мембрану, или прикрепление к отдельному пластмассовому листу, который, в свою очередь, прикрепляют к мембране. В показанном варианте осуществления область щетинок выполнена в соответствии с вариантом осуществления зубной щетки.
Корпус 52 включает в себя два внутренних клапана 66 и 68, которые в показанном варианте осуществления представляют собой ротационные клапаны. Клапаны 66 и 68 расположены между внутренней поверхностью корпуса 52 и пластиной 54, рядом с противоположными краями отверстия 60. Канал 56 заполнен текучей средой, при этом доступ текучей среды в мембрану 60 регулируется посредством положения клапанов 66 и 68. В одном варианте осуществления в корпусе расположен насос 70 для текучей среды. Как вариант, насос 71 для текучей среды мог бы быть расположен в корпусной детали 73 устройства с трубкой 75 для текучей среды к каналу 56.
Во время работы насос для текучей среды поддерживает постоянную объемную подачу текучей среды в канал 56. Текучей средой может быть жидкость, такая как вода, или воздух. Клапаны 66 и 68 поочередно открываются и закрываются. Когда клапан 66 закрыт, давление текучей среды будет увеличиваться слева от клапана 66, а при открытом клапане 68 под мембраной 62 будет создаваться пониженное давление (частичное разрежение). Мембрана, таким образом, будет перемещаться внутрь корпуса, результатом чего будет оттягивание области 64 щетинок от зубов.
В свою очередь, когда клапан 66 открыт, а клапан 68 закрыт, под мембраной 62 создается повышенное давление, толкая мембрану наружу от корпуса, результатом чего является перемещение области 64 пучков щетинок к зубам.
Результатом поочередного действия клапанов 66 и 68 и, следовательно, мембраны 62 является движение области 64 пучков щетинок к зубам и от них, вызывая постукивающее/легкое ударяющее действие, аналогичное действию зубной щетки варианта осуществления Фиг.1. С постоянной объемной подачей текучей среды в одном направлении, создаваемой с помощью насоса для текучей среды и поочередного действия клапанов 66 и 68, может быть получена частота движения области пучков щетинок в пределах требующегося диапазона, составляющего 100-300 Гц, поскольку кавитация возникает небольшая или не возникает совсем.
Фиг.6 показывает целую зубную щетку 110 для варианта осуществления Фиг.2, включая корпусную деталь 111 зубной щетки, головка 112 щетки и корпус 114 пучков щетинок на дистальном конце головки 112 щетки. Насос 116 двигает текучую среду через два канала 118 и 120 в клапаны 122 и 124, которые поочередно открываются и закрываются за счет действия контроллера 126, посредством линии 127 управления, которая также управляет насосом 116. На гибкой мембране 128 установлено множество узлов 131 пучков щетинок. Контроллер 126 питается от источника энергии 129.
При закрытом клапане 122 и открытом клапане 124 мембрана 128 перемещается внутрь, при этом пучки 131 щетинок двигаются от зубов, как показано на Фиг.7A. При открытом клапане 122 и закрытом клапане 124 мембрана 128 и пучки щетинок двигаются наружу, контактируя (постукивая) с зубами для чистки, как показано на Фиг.7B.
Фиг.8 показывает исполнение капы 130 варианта осуществления с Фиг.2. Насос 131 управляет перемещением текучей среды в зубной дуге в клапаны 132 и 134. Поочередным действием клапанов управляет контроллер 136, как и насос 131. Действие текучей среды относительно гибкой мембраны 140, на которой расположено множество пучков 142 щетинок, будет вызывать движение пучков щетинок туда и обратно, к зубам и от них, вызывая очищающее действие.
Следовательно, были раскрыты несколько вариантов осуществления, которые предоставляют вызываемое давлением текучей среды действие для перемещения области пучков щетинок с требуемой частотой в диапазоне, составляющем 100-300 Гц, при этом варианты осуществления разработаны по существу с предотвращением кавитации, обеспечивая возможность достижения требуемой частоты.
Несмотря на то, что с целью иллюстрирования был раскрыт предпочтительный вариант осуществления изобретения, следует понимать, что в варианте осуществления могут быть реализованы различные изменения, модификации и замены без выхода за пределы сущности изобретения, которая определена следующей далее формулой изобретения.