ЩЕТКА-ТУБУС-ДОЗАТОР
BRUSH-HOOD-DOSING UNIT

Заявленное изобретение относится к средствам личной гигиены, в частности к зубным щеткам с электрической или ручной головкой со щетиной. Предназначено для повышения гигиенических качеств и эргономики зубных щеток, упрощения процессов дозированного нанесения композитной суспензии, выполнения гигиенических процедур, с последующей дезинфекцией и хранением; при одновременном упрощении их конструкции. Может быть применено для людей с ограниченными возможностями и/или условиями труда и жизни, которых затрудняет или исключает одновременное использование обеих кистей рук или деятельность которых локализована в замкнутом пространстве (космонавты, подводники и т.д.). Более того, может найти широкое применение в области гостиничного и сервисного бизнеса.
Известные ведущие фирмы изготовители средств ухода за полостью рта, такие как Колгейт-палмолив компани (US), Проктер энд гэмбл компани (US), Браун ГМБХ (DE) и др., привели к созданию многочисленных многофункциональных устройств ухода за полостью рта, содержащих микроконтроллеры, микропроцессоры, дисплеи и тому подобное, например устройства с емкостями для аппликационного вещества для зубной щетки [RU 2401627, 14.12.2006]; с системой реакции и доставки [RU 2462166, 06.05.2008]; со сменными головками и дисплеем режимов [RU 2421116, 19.08.2008]; с системой воздушной очистки [RU 2435548, 22.10.2008] и так далее. Основными их недостатками являются техническая сложность, высокая стоимость и привязанность к элементам питания или электрической сети. Поэтому обычные простые ручные зубные щетки были и остаются популярными и массовыми в применении.
Создание новых эластомеров, развитие технологий комбинирования разнородных материалов и учет эргономики повысили комфортность и удобство пользования обычных ручных зубных щеток, например, выпускаемых компанией Браун ГМБХ (DE). При этом осязательная дифференциация разнородных мягких участков внутри области захвата позволяет пользователю правильно располагать большой и/или указательный пальцы на рукоятке, что приводит к большей маневренности зубной щетки при ее использовании [RU 2539155, 21.11.2011].
Кроме того, актуальным является комбинация зубной щетки и тубуса с композитной суспензией «два в одном», позволяющая создать простое и удобное средство для чистки полости рта в любых условиях и главное с использованием только пальцев кисти одной руки, что также безальтернативно для людей с ограниченными возможностями.
Известна зубная щетка, содержащая полую рукоятку и головку с ворсом, в которой выполнено отверстие для сообщения с полостью рукоятки, на торце которой выполнено отверстие для сообщения с атмосферой, снабжена обратным клапаном, неподвижной заслонкой, подпружиненной кнопкой и гибкой трубкой, при этом обратный клапан размещен в отверстии на торце рукоятки, а гибкая трубка размещена в полости рукоятки. Один конец трубки связан с подпружиненной кнопкой, которая имеет возможность перемещения в продольном пазу рукоятки и расположена снаружи ее. Этот конец трубки контактирует с неподвижной заслонкой, закрепленной на внутренней стенке рукоятки. Другой конец трубки через отверстие в головке выведен наружу в зону ворсистой части ее и связан с одним концом шарнирно закрепленного одноплечего рычага [RU 2108052, 26.11.1992]. Ее основными недостатками являются открытая полость, контактирующая со щетиной, ведущая к загрязнению извне как при чистке, так и при хранении, а также к пересыханию зубной пасты - композитной суспензии и сложный механизм нанесения ее на щетину с выдвижением тонкой трубки. Кроме того, излишние детали как в области захвата рукоятки, так и в области взаимодействия с полостью рта неоправданно усложняют данное устройство и, более того, повышают риск повреждения тканей полости рта.
Известно другое устройство «два в одном» - «Тюбик-щетка» [RU 2255708, 24.09.2003]. Ее принцип действия основан на выдавливании чистящего средства (композитной суспензии) на щетину из тубуса, передвигающегося по ручке-держателю. Недостатком такого устройства является сложный передвигающийся механизм с движущимися деталями, и как следствие, неудовлетворительная эргономика.
Известно другое техническое решение - «Одноразовое изделие «Ежик» для ухода за полостью рта» [RU 93237, 03.11.2009 г.]. Оно состоит в изготовлении полой эластичной жевательной субстанции, внешняя поверхность которой выполнена со щетинками, а внутренняя полость содержит чистящее средство, поступающее в рот через открывающиеся отверстия при жевании.
Известен концепт Twist&Brush - зубная щетка и встроенный в рукоятку прозрачный тубус-шприц с зубной пастой, в одном, от испанских дизайнеров Awamura-ganjavian [http://gizmod.ru/2011/03/24/twistbrush-zubnaya-shhetka-s-otsekom-dlya-pasty].
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, 21.02.2000 г.]. Для выдавливания композитной суспензии из тубуса на головку со щетиной используется поршень с винтовым толкателем, поворот которого дозирует количество композитной суспензии на щетину. 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. Более того, свободный доступ воздуха при хранении приводит к пересыханию композитной суспензии в узких участках полостей. Поэтому такие устройства не могут ни храниться, ни соответствовать санитарно-гигиеническим нормам, даже в течение ограниченного срока использования.
Для соблюдения санитарно-гигиенических норм при многократном использовании таких устройств «два в одном» предлагаются съемные «Насадки одноразового пользования для подачи геля и пастообразного вещества» [RU 145869, 24.04.2014 г.]. Их сущность идентична прототипу [RU 26901, 21.02.2000 г.] за исключением того, что избыточное давление создается в тубусе, деформируемом сжатием кисти руки человека, и поэтому не может быть строго дозированным. А необходимость съемных одноразовых насадок приводит к тому, что концепт Twist&Brush - «два в одном» теряет функциональный смысл.
Заявленное изобретение предназначено для повышения гигиенических качеств и эргономики зубных щеток, комбинированных с тубусами, содержащих композитные суспензии, при одновременном упрощении конструкции.
При его осуществлении могут быть получены следующие технические результаты: управляемое открытие-закрытие полостей, предотвращающее доступ извне загрязнений и воздуха; дозированная подача и равномерное распределение композитной суспензии по щетине; а также изменяемые плотность и жесткость щетины и осязательная дифференциация разнородных участков внутри области захвата с правильным расположением пальцев на рукоятке.
Технические результаты достигаются тем, что в известном устройстве - «Автоматически заменяемая зубная щетка» [RU 26901, 21.02.2000 г.], содержащем рукоятку, головку со щетиной и тубус с композитной суспензией, последний связан механически с рукояткой и гидравлически с головкой со щетиной посредством внутренней 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 во внутренних полостях головки со щетиной и тубусе.
Существенные признаки, которые отличают изобретение от прототипа следующие.
0
1
2
1
0
2
2
1
1. Введена пластинчатая пружинящая бранша, один конец которой упруго связан с рукояткой, а другой свободный конец выполнен в виде плоскости с матрицей отверстий диаметрами d, соосных локальным конусным пучкам щетины, диаметры d вершин и d оснований которых соответствуют условию d<d<d, при этом ортогонально нанизанной на них и перемещаемой в пределах высоты l~d-d пучков щетины относительно основания головки, выполненного в виде кюветы-полости, в котором ортогонально и соосно отверстиям матрицы закреплены вершины локальных конусных пучков.
2. Пластинчатая пружинящая бранша выполнена фигурной и повторяет все контуры поверхности соприкосновения с рукояткой в области захвата.
3. Введен рычаг, механически связанный с пластинчатой пружинящей браншей со стороны плоскости матрицы отверстий, при этом пластинчатая пружинящая бранша выполнена перекрестной с рукояткой.
4. Введен второй слой щетины, расположенный в плоскости между отверстиями матрицы свободного конца пластинчатой пружинящей бранши по нормали или под определенными углами к нормали и выполненный из локальных пучков с жесткостью и размерами, отличающимися от слоя щетины, выполненного в основании головки.
5. Отверстия матрицы свободного конца пластинчатой пружинящей бранши выполнены в виде усеченных конусов.
Известны технические решения сжатия, сдавливания и удержания материалов и предметов путем использования зажимов, пинцетов, прищепок и прочих зажимных инструментов, широко используемых в медицине [http://www.znaytovar.ru/s/Zazhimnye_instramenty_v_medicin.html]. Такие пинцеты/зажимы состоят из двух пластинчатых пружинящих браншей (ветвей, рычагов), закрепленных на одном конце, а другие свободные расходящиеся концы образуют ухват (клещи), с разнообразными насадками и без, например [RU 2388421, 16.12.2008 г.]. Нажатие на них сжимает ухват, отпускание - разжимает ухват (нормально разомкнутое состояние). При этом давление на клещи пропорционально силе сжатия браншей пальцами кисти рук.
Пинцеты/зажимы с перекрещивающимися замкнутыми брашнами и сходящимися свободными концами реализуют нормально замкнутое состояние, создают постоянное давление на клещи, пропорциональное упругости (жесткости) пружинящих пластин, которые разводятся надавливанием на них (обратный, реверсный режим), например зажим/пинцет Engineer РТ-26 (Tweezers len: 120 mm, SMD; Blades: elongated, curved) [http://www.dataleks.lv/lv/item/spailes-pincetes: 10053].
0
1
2
1
0
2
2
1
Полученные при осуществлении изобретения технические результаты, а именно 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. Для этого свободный конец пластинчатой пружинящей бранши выполнен в виде плоскости с матрицей отверстий диаметрами d, соосных локальным конусным пучкам щетины, диаметры d вершин и d оснований которых соответствуют условию d<d<d, при этом ортогонально нанизанной на них и перемещаемой в пределах высоты l~d-d пучков щетины, а основание головки выполнено в виде кюветы-полости, в котором ортогонально и соосно отверстиям матрицы закреплены вершины локальных конусных пучков.
Изменяемые плотность и жесткость щетины достигаются использованием одного второго слоя щетины либо обоих слоев щетины при сжатии бранши, исходно находящейся в нормально-разомкнутом состоянии. Для этого введенный второй слой щетины расположен в плоскости между отверстиями матрицы свободного конца пластинчатой пружинящей бранши по нормали или под определенными углами к нормали и выполнен из локальных пучков с жесткостью и размерами, отличающимися от слоя щетины, выполненного в основании головки.
Осязательная дифференциация разнородных участков внутри области захвата с правильным расположением пальцев на рукоятке достигается также за счет введения пластинчатой пружинящей бранши, упруго связанной с рукояткой одним концом. При этом бранша может быть выполнена фигурной и повторять все контуры поверхности соприкосновения с рукояткой в области захвата.
0
На фиг. 1 изображены общий вид и вид сверху щетки-тубуса-дозатора в нормально-разомкнутом состоянии, содержащей 1 - головку со щетиной, 2 - пластинчатую пружинящую браншу, свободный конец которой выполнен в виде плоскости 3 с матрицей отверстий диаметрами d, 4 - рукоятку и 5 - тубус, способный к деформации с композитной суспензией.
1
2
1
0
2
На фиг. 2 изображен фрагмент, поясняющий конструктивную особенность строения головки 1 со щетиной и принцип действия щетки-тубуса-дозатора, на котором дополнительно показаны: 6 - полость в головке со щетиной, 7 - щетина, выполненная в виде матрицы конусных локальных пучков, вершины которых выполнены диаметром d и закреплены в основании 8 полости головки, а конусные основания пучков выполнены диаметром d, при этом d<d<d, 9 - второй слой щетины, расположенный в плоскости 3 свободного конца пластинчатой пружинящей бранши 2 по нормали или под определенными углами к нормали и выполненный из локальных пучков с жесткостью и размерами, отличающимися от слоя 7 щетины, выполненного в основании головки 8. Стрелками указано направление движения плоскости 3 с матрицей отверстий при нажатии на браншу 2, следовательно, отпускание бранши возвращает ее свободный конец с матрицей отверстий в исходное нормально разомкнутое состояние.
На фиг. 3 и 4 изображена щетка-тубус-дозатор, реализующая согласно пп. 1 и 3 изобретения два режима работы: в нормально-разомкнутом состоянии и нормально-замкнутом состоянии, соответственно, при этом позицией 10 на фиг. 4 обозначен рычаг, введенный со стороны плоскости 3 матрицы отверстий и механически связанный с перекрещивающейся браншей, реализующей реверсный режим работы. Замкнутый (сжатый, закрытый) объем полости 6 и положение плоскости 3 в первом случае соответствует нажатой бранше (сплошная стрелка, указывающая направление давления, фиг. 2 и 3) и определяется силой нажатия пальца (сдавливанием указательного и большого пальцев). Во втором случае перекрещивающаяся с рукояткой 4 бранша 2 находится в свободном нормально-замкнутом состоянии, при этом сила сжатия постоянна и определяется упругостью бранши (фиг. 4). Для открытия полости головки со щетиной требуется нажатие на браншу (контурная стрелка, указывающая направление давления, на фиг. 4).
0
1
2
1
0
2
2
1
Принцип действия щетки-тубуса-дозатора основан на создании избыточного давления внутри полости 6 в головке 1 со щетиной путем изменения объема V, за счет введения пластинчатой пружинящей бранши 2, один конец которой упруго связан с рукояткой 4 в области захвата с тыльной стороны, а другой свободный конец в области, взаимодействующей с полостью рта, выполненный в виде плоскости 3 с матрицей отверстий, расходится относительно основания 8 головки 1 со щетиной 7 на расстояние l≈1÷5 мм. Размер l задает объем V полости и, соответственно, количество - дозу композитной суспензии (величина 1÷5 мм получена из опыта). При этом плоскость 3 с матрицей отверстий диаметрами d ортогонально нанизана на локальные конусообразные пучки 7 щетины с диаметрами d вершин и d их конусных оснований (расхождений) так, что при выполнении условия d<d<dона свободно перемещается в пределах высоты l~d-d пучков 7 щетины относительно основания 8 головки, выполненного в виде кюветы-полости, в котором ортогонально и соосно отверстиям матрицы закреплены вершины локальных конусных 7 пучков.
2
0
2
В исходном нормально-разомкнутом состоянии из-за расходимости пластинчатой пружинящей бранши 2 за счет ее упругости свободный конец с плоскостью 3 матрицей отверстий плотно нанизывается на локальные конусообразные пучки 7 щетины с диаметрами d (d<d) и перекрывает доступ воздуха и частиц извне, одновременно открывая полость 6 головки со щетиной и полость тубуса 5 с композитной суспензией (фиг. 1, 2). Сформированная полость 6 ограниченного объема V≠0 определяет количество дозируемой композитной суспензии, которая перераспределяется из способного к деформации тубуса при его сжатии кистью руки. Поскольку открытые полости связаны между собой гидравлически и замкнуты относительно внешней среды, то создаваемое внутри полостей избыточное давление композитной суспензией дополнительно (к упругости бранши) поджимает (насаживает) матрицу отверстий на локальные конусообразные пучки щетины. Выполнение отверстий не в виде цилиндров, как упрощенно показано на фигурах, а в виде усеченных конусов увеличивает плотность насадки конусообразных отверстий на конусообразные пучки щетины. Перекрытие всех отверстий за счет упругости расходящейся бранши и созданного дополнительного избыточного внутреннего давления в полости 6 предотвращает доступ извне загрязнений и воздуха.
При выполнении пластинчатой пружинящей бранши 2, перекрещивающейся с рукояткой 4, реализуется исходное нормально замкнутое состояние (обратный реверсный режим работы, фиг. 4). Плоскости свободного конца 3 бранши и основания 8 полости головки со щетиной замкнуты между собой, при этом V=0, полость тубуса с композитной суспензией перекрыта, доступ извне загрязнений и воздуха в полость тубуса предотвращен.
Щетка-тубус-дозатор работает следующим образом.
В исходном нормально-разомкнутом состоянии при нажатии бранши 2 плоскость 3 ее свободного конца перемещается к основанию 8 полости головки со щетиной, одновременно перекрывая полость тубуса, создавая избыточное давление на композитную суспензию внутри полости 6 головки со щетиной (V=0) и открывая отверстия матрицы в плоскости 3, через которые ранее дозированная полостью V≠0 головки композитная суспензия равномерно выдавливается на поверхность и на щетину. Далее, удерживая нажатой браншу 2, осуществляются процесс выполнения гигиенических процедур с последующими чисткой, дезинфекцией или простым ополаскиванием щетины. При отпускании-разжатии пальцев кисти руки бранша 2, разжимаясь, возвращается в исходное нормально разомкнутое состояние.
В исходном нормально-замкнутом состоянии нажатие бранши 2 открывает полости 6 головки со щетиной и тубуса с композитной суспензией. Удерживая нажатой браншу и дополнительно сдавливая кистью руки способный к деформированию тубус, композитная суспензия перераспределяется в полость 6 головки со щетиной, при этом V≠0, полости гидравлически связаны между собой и замкнуты относительно внешней среды. Последующее отпускание бранши, за счет ее упругости, возвращает плоскость 3 ее свободного конца в исходное нормально замкнутое состояние, выдавливая из полости головки со щетиной через отверстия в плоскости 3 дозированное количество композитной суспензии на поверхность на щетину. Поскольку сила давления в данном случае постоянная и определяется упругостью бранши, то жесткая упругость требует сильного сжатия пальцев кисти руки, а при слабой упругости бранши и малой текучести композитной суспензии возможно частичное (неполное) выдавливание дозированного количества из полости 6 на поверхность головки на щетину. В этом случае при выполнении пластинчатой пружинящей бранши 2 перекрещивающейся с рукояткой 2 введение рычага 10, механически связанного с пластинчатой пружинящей браншей со стороны плоскости 3 матрицы отверстий, позволяет свободно манипулировать давлением, соответственно, управлять открытием-закрытием полостей легким движением пальцев кисти руки. При этом параллельно решается задача осязательной дифференциации разнородных участков внутри области захвата рукоятки, что приводит к большей маневренности зубной щетки при ее использовании.
Таким образом, для нормально-разомкнутого и нормально-замкнутого исходных состояний как в процессе выполнения гигиенических процедур, так и при хранении доступ извне загрязнений и воздуха в полость тубуса предотвращен. При каждом однократном нажатии бранши на щетину выдавливается строго дозированная порция композитной суспензии. Введение второго слоя щетины позволяет варьировать жесткостью и плотностью щетины в процессе выполнения гигиенических процедур путем задействования одного либо обоих слоев щетины при нажатии-отпускании бранши.
Введение пластинчатой пружинящей бранши существенно упрощает конструкторско-технологическое и практическое решение при создании многоразового устройства совмещающего в себе принцип «три в одном». Позволяет просто и эффективно решить задачу повышения гигиенических качеств зубных щеток-дозаторов, комбинированных с тубусами, содержащих композитные суспензии, а также решить задачу эргономики, с осязательной дифференциацией разнородных участков внутри области захвата с правильным расположением пальцев кисти руки на рукоятке. Более того, устройство щетка-тубус-дозатор, совмещающее в себе принцип «три в одном», может быть широко использовано в быту как универсальное чистящее устройство, содержащее чистящие и моющие средства в виде жидких композитных суспензий. Например, для ухода за обувью, за автомобилем и т.д.