專利名稱：用于牙刷的受力傳感系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及用于牙刷的受力即壓力的傳感器，尤其涉及作用在牙刷上的機械力傳感器。
已知經(jīng)過長時間的刷牙作用在牙齒上過大的刷力對口腔健康是有害的，可造成牙齦組織磨損并逐漸磨損牙的琺瑯質。盡管電動牙刷可減輕上述作用，但不管是用手動還是電動牙刷這種情況是真實的。為避免上述情況，牙病患者從牙醫(yī)得到的指示通常是在刷牙時使用較小的力。
然而，對于個人自己監(jiān)測施加在牙刷作用于牙齒上的力并在刷牙期間將其保持在可接受的范圍內是非常困難的。不損壞牙齦或牙齒的可接受的壓力范圍為人所知并已通過實驗驗證。然而，典型的牙刷不能測量施加的壓力，和每個使用者都傾向于施加過大的力作用在牙齒上，特別由于通常公眾認為穩(wěn)固地“洗刷”用于清洗最為有效。由上所述，過大或沉重的洗刷可導致牙齦甚至牙齒的損壞。
為致力于并試圖解決壓力過大的問題，已開發(fā)出不同類型的壓力傳感器，盡管大多數(shù)用于電動牙刷，其中組織和牙齒的損壞的可能性比手動牙刷大。然而，也已開發(fā)出用于手動牙刷的壓力傳感器。
已知壓力傳感器包括不同的機械布置，包括例如示于給予Dirksing的美國專利NO.5,146,645和NO.5,355,544中，其中包括一當施加過大壓力時可變形的手柄部分。使用了不同的電子傳感裝置和/或直接壓力傳感器。電子型壓力傳感器的例子包括給予Scheller等人的美國專利NO.4,450,599，給予Jones等人的美國專利NO.4,716,614，和給予Spieler等人的美國專利NO.5,282,742。另外一些例子包括美國專利NO.5,784,742和NO.5,815,872，兩者均給予本發(fā)明的受讓人。
在許多這些裝置中，當達到一選擇的壓力極限時，產(chǎn)生一應用于一報警機構的電子信號。所有上述裝置均使用某種報警，不管是可觸知，可聽見或可看見，以警告使用者已超過選擇的壓力極限。使用者將降低施加在牙齒上的力直到低于該壓力極限，此時報警停止。
然而，這種現(xiàn)有壓力傳感器要么很昂貴和/復雜，要么在經(jīng)歷很長一段時間的某些情況下不可靠。對于手動牙刷，那些壓力傳感器實際上在使用時很可靠只不過太昂貴。象本發(fā)明一樣的適合手動牙刷的受力或壓力傳感器必須是結構和操作簡單，使用可靠，也必須經(jīng)濟。包括有壓力傳感器系統(tǒng)的手動牙刷的總成本必須比其他手動牙刷有合理的競爭力。
因此，本發(fā)明包括一用于牙刷的壓力傳感系統(tǒng)，該牙刷包括一牙刷主體，該傳感系統(tǒng)包括一細長的鉸接構件，該鉸接構件連接在該牙刷主體的一端，該鉸接構件有一鉸接部分和一臂部分，其中臂部分圍繞鉸接部分旋轉并布置、構造成使其大致位于牙刷主體內；一刷頭構件，該刷頭構件連接在該臂部分的遠端，該刷頭構件有一底部；一沖擊元件，該沖擊元件或者從該刷頭構件的底部一后表面延伸出或者從該刷頭構件容納部分向上延伸；和一可折疊的、可恢復的拱形元件，該拱形元件安裝在該刷頭構件下面的牙刷主體的另一端上或該刷頭構件底部的后表面上，其中在操作時該拱形元件塌陷，產(chǎn)生一過大壓力指示，當通過上述沖擊元件在該拱形元件上施加極限壓力時，表明牙刷的使用者在刷頭上施加過大的力作用在牙齒上。
本發(fā)明另一部分包括一手動牙刷主體，包括一手柄部分，其大小和構形適合使用者抓?。缓鸵磺安糠?，該前部分從該手柄部分延伸到該牙刷主體的遠端，該前部分適于在該牙刷主體的遠端附近容納一刷頭構件并且一壓力構件安裝在該刷頭構件的下面，其中該前部分沿其長度上有允許清洗流體流過的多個開口，并有助于在使用間歇牙刷主體變干。


圖1是本發(fā)明壓力傳感系統(tǒng)的局部分解視圖，示出了一手動牙刷主體。
圖2是圖1中壓力傳感系統(tǒng)一部分的側視圖。
圖3是圖1中壓力傳感系統(tǒng)的牙刷主體下面的透視圖。
圖4是圖1中壓力傳感系統(tǒng)的分解視圖。
圖5是圖1中壓力傳感系統(tǒng)一部分的側視圖。
圖6是圖1中壓力傳感系統(tǒng)另一部分的側視圖。
圖7是圖1中壓力傳感系統(tǒng)一部分的截面圖。
圖1示出了本發(fā)明的壓力傳感系統(tǒng)10和標號11的牙刷主體。通常牙刷主體11是手動牙刷。該牙刷主體11包括手柄部分12，該手柄構造成通過使用者的手抓取。如實施例所示，手柄12大約3.75英寸長，而整個牙刷主體11大約7.5英寸長。如實施例所示，牙刷主體11由填充尼龍制成，但也可由其他材料包括聚丙烯和其他塑料制成。手柄部分12如實施例所示大約0.5英寸寬和大約3/8英寸高。手柄部分12在所有四側和兩端封閉。
在手柄12的遠端是一部分14，該部分如實施例所示適于容納壓力傳感組件10的鉸接構件部分12。牙刷主體的剩余部分標號為18，其截面通常為在頂部開口的U形。剩余部分18包括底部20，兩直立側面21，23和前端壁26。這種布置為牙刷主體提供剛性。從容納部分14開始，牙刷主體11在一短距離上在兩側面向內變窄直到牙刷主體寬度大約0.25英寸。在此距離上，側面21，23的頂邊牙刷主體在一小距離上是平的并接著向下傾斜一角度直到牙刷主體上點25。在此距離上，底20向下略微傾斜一角度。特別在圖2中示出了此種結構布置。
從點25到前端壁26，牙刷主體是平的并適于容納一常規(guī)牙刷刷頭32。從平部分31的底面29到手柄部分12的上表面33的距離大約為0.75英寸，而平部分31處的牙刷主體的高度大約為0.28英寸。
從容納部分14到前端壁26的牙刷主體的長度上側面21、23和底面20有許多在那里穿過的開孔27-27。如實施例所示，這些開孔是圓的，直徑大約為0.125英寸，大約間隔0.25～0.35英寸。在平部分31的底面20上有一細長槽37，該長槽將在以下詳細描述。然而開孔可有其他的形狀和間距。使用頂部完全敞開的開孔有許多優(yōu)點。使流體容易離開毛刷而不在開孔中殘留口腔組織。此種布置進一步允許使用鉸接臂壓力傳感組件11而不在臂和主體間使用密封。另外在洗刷時開孔足夠大不僅使清洗水在牙刷主體內自由移動，而且使該組件在使用間歇徹底變干。
圖1示出了壓力傳感組件10與牙刷主體11的關系和圖4是其本身的分解視圖。其中兩個部件更詳盡示于圖5和圖6中。壓力傳感組件/系統(tǒng)包括一鉸接構件16、一細長臂30，一刷頭32，該刷頭包括一從刷頭的后表面33延伸出的沖擊元件34，和一可變形拱形元件36，由于變形超過極限點時產(chǎn)生劈啪的聲音，該拱形元件通常稱為“劈啪”構件。大多數(shù)圓形劈啪作響的拱形在移動越過一“平”位置時總是將內側翻出。這里示出和描述的矩形劈啪作響的拱形可被移至一“越過平位”位置，因此提供一更長的塌陷距離和更大的觸覺感受。
鉸接構件16通過一螺釘35或類似物在容納部分14處連接在牙刷主體11上。這也是一快速拆卸布置以使刷頭方便替換。如實施例所示的鉸接構件16由聚丙烯或縮醛樹脂(Delrin)或類似塑料制成。鉸接構件16(圖5)包括一后部分38，該后部分如實施例所示大約是方形的并厚度大約為1/8英寸。底部分38的前部是一狹窄鉸接部分42，該部分如實施例所示大約0.015英寸厚并大約1/2英寸寬，該厚度足夠薄以允許鉸接動作。
鉸接部分42的前部是一容納部分44，該部分大約0.25英寸厚。容納部分44在鉸接部分42處大約0.3～0.5英寸寬并逐漸減小到在前端45處大約0.3英寸。容納部分44的縱向邊如實施例所示是圓形的。容納部分44構造成配合在剩余開放部分18的后端附近的牙刷主體內。一八邊形(截面)中心孔48從前端45縱向延伸在容納部分44的內部并容納臂30的一端。
如實施例(圖4)所示細長臂30包括近端和遠端50和52，通過中間桿狀部分54連接。如實施例所示，臂30由不銹鋼制成，也可由其他材料例如各種塑料材料制成。近端50大約0.4英寸長并構造成正好配合在鉸接構件的容納部分44的開孔48內，同時安裝刷頭32的遠端52大約0.5英寸長。如實施例所示中間部分54大約1.328英寸長。
因為中間部分布置成在近端和遠端間向下傾斜一角度，臂30總長度為2.245英寸。近端和遠端中心線間的距離大約為0.35英寸。如實施例所示中間部分的角度大約在5°～20°范圍內，最好是15°。中間部分54構造成緊接著與之配合的牙刷主體的部分。
盡管如本實施例所示的鉸接構件16和臂30是兩件，它們可制成即模制成一單一元件。
安裝在臂30的遠端部分52的是刷頭32。刷頭32包括一底部分58和毛簌部分60，該毛簌部分安裝在底部58內并在那里以常規(guī)方式向上延伸。毛簌部分可有不同構形，包括常規(guī)布置或特別布置以實現(xiàn)特別的洗刷作用。在所示布置中，毛簌頂部與鉸接構件的鉸接部分42大約在同一平面上以防止在毛簌尖的內/外刷力造成圍繞鉸接構件的轉矩和使受力傳感系統(tǒng)的精確度失真。如需要，鉸接構件16、臂30和刷頭32的組合可由一單元取代。
安裝在刷頭底部，如實施例所示大約中央位置的是一作為沖擊元件34的固定螺絲。該固定螺絲延伸穿過底部58并在刷頭底面33下面如實施例所示大約0.08英寸。如實施例所示該固定螺絲的直徑大約為3/32英寸、1/8英寸長并由不銹鋼制成。另外一隆起模制在牙刷底部58內。另外，該鉸接元件、該臂和該刷頭可是一單一件。刷頭32也可制成可從臂部分取下的形式。
當鉸接構件16固定在牙刷主體的容納部分14上，在刷頭32上施加向牙刷主體的力導致刷頭圍繞鉸接構件16的鉸接部分42移動。
一薄的拱形元件36固定在牙刷主體的平部分31的內表面上，正好在刷頭底部58的下面。如實施例所示拱形元件36是傳統(tǒng)的劈啪作響的拱形元件有一球頭扁柱形構形，通常類似于小孩的“板球”(criket)玩具。如實施例所示，拱形元件大約0.7英寸長、0.35英寸寬和0.015英寸高。由于通過沖擊元件34的作用所受壓力超過一特定值時突然塌陷，球頭扁柱形劈啪作響的拱形元件36有移動“越過平位”的能力。如圖7中虛線所示。如上所述“越過平位”能力重要在于提供一充分塌陷距離使得使用者識別到該元件的塌陷。劈啪作響的拱形元件安裝在刷頭容納部分內的一突脊上以使劈啪作響的拱形元件的中心部分能越過平位。
如實施例所示，該拱形元件塌陷大約1/16英寸，越過平位大約0.045英寸。取決于特殊拱形元件，如實施例所示所需塌陷力為200～400克?？傻玫皆谝陨戏秶鷥炔煌乃萘Φ呐咀黜懙墓靶卧Ｔ诖朔秶鷥冗x擇的受力值作為過大壓力極限值是合理的。
該劈啪作響的拱形元件通過粘合劑或帶子或截留元件固定在刷頭下面的牙刷主體上。牙刷主體底部上的槽37(圖3)在該劈啪作響的拱形元件下面延伸，并防止由于當其塌陷時流體被截留在該拱形下面對該劈啪作響的拱形元件動作的可能的阻尼。該槽使流體容易流出牙刷主體并在使用間歇徹底清洗和干燥牙刷。
當達到該劈啪作響的拱形元件的極限壓力值時，該拱形塌陷，馬上產(chǎn)生一觸覺反應(刷頭突然移動大約1/16英寸)和一特殊“劈啪”聲，使其容易引起使用者注意。拱形元件36的塌陷是作用在牙齒上的過大刷頭壓力的容易辨認的指示。
當壓力釋放后，該劈啪作響的拱形元件36以另一特殊的聲音和感覺(小于100克的不同力)反彈或恢復其原有構形。布置該劈啪作響的拱形元件的優(yōu)點在于它在大致相同的壓力下可塌陷和恢復很多次，遠遠多于牙刷所期望實際單獨的使用(次數(shù))。
如實施例所示，該劈啪作響的拱形元件固定在刷頭下牙刷主體上并且該沖擊元件從刷頭延伸。在另一實施例中，該劈啪作響的拱形元件可布置在刷頭的下表面上并且該沖擊元件布置在刷頭下面的牙刷主體上。
在操作時，使用者通常以常規(guī)方式使用牙刷并學會保持適當壓力。隨著時間的過去劈啪的次數(shù)典型的減少，使得平均刷牙壓力將減少至安全水平，以防止對牙齦和牙齒的損壞。然而，一些使用者發(fā)現(xiàn)沒有提示減少刷牙壓力至安全水平是困難的。在每次刷牙期間這些使用者必須被提醒使用較小壓力刷牙。本裝置能提供此種連續(xù)的提示。
牙刷主體在為該劈啪作響的拱形元件提供支撐底部起很重要作用的同時，也起到作為一使口腔內組織遠離移動的刷頭的剛性防護罩的作用，并防止該組織壓力影響該劈啪作響的拱形元件的操作壓力。保持精確的刷牙壓力傳感特別對那些口腔組織傾向于壓迫牙刷靠在牙齒和牙齦上的人們來說是重要的考慮。
因此，公開了一種用手動牙刷方便使用的壓力傳感系統(tǒng)。本發(fā)明有簡單、操作可靠和十分經(jīng)濟的特點。另外，該系統(tǒng)傳感一真實的壓力，即考慮到由口腔組織施加在刷頭作用于牙齒的各種壓力。沒有牙刷主體作為防護罩，由于口腔組織將會有增加的和非常大的沒有監(jiān)控的毛簌壓力。
以上描述本發(fā)明的一優(yōu)選實施例。然而，應理解為不同變化、改型和替換均不超出由以下權利要求書所限定的本發(fā)明的精神。
權利要求
1.一種壓力傳感牙刷，包括●一牙刷主體；●一具有一鉸接部分和一臂部分的細長鉸接構件，其中該鉸接構件連接在該牙刷主體一端，其中該臂部分圍繞鉸接部分移動并大致布置在該牙刷主體內并沿該牙刷主體。●一連接在該臂部分的遠端的刷頭構件，上述刷頭構件有一底部；一沖擊元件在(a)該刷頭構件的底部和(b)上述刷頭下面的牙刷主體其中之一延伸出去；以及●一可塌陷、可恢復拱形元件，安裝在(a)該刷頭構件的底部和(b)上述刷頭下面的牙刷主體其中之另一個上，其中在操作時該拱形構件塌陷，產(chǎn)生一個過大壓力指示，當通過上述沖擊元件在上述拱形元件上施加一極限壓力值時，表明該牙刷使用者在刷頭上施加過大的力作用在牙齒上。
2.如權利要求1所述的物品，其中該拱形構件塌陷大約1/16英寸。
3.如權利要求1所述的物品，其中該臂部分構造成使該刷頭毛簌的頂部與該鉸接構件的鉸接部分大致在同一平面上。
4.如權利要求1所述的物品，其中該鉸接構件還包括一連接部分和一容納部分，該連接部分固定在該牙刷主體上大約牙刷主體的中間位置，該容納部分適于并構造成容納上述臂部分的一端，其中該鉸接部分是該連接部分和容納部分中間狹窄部分并使該容納部分和該臂部分可圍繞該鉸接部分彎曲。
5.如權利要求4所述的物品，其中該鉸接構件是由塑料制的。
6.如權利要求1所述的物品，其中該臂部分包括一連接在該鉸接構件上的近端部分，一與刷頭構件相連的遠端部分和在近端部分和遠端部分之間延伸的中間部分，其中該中間部分從該近端部分到遠端部分沿著其位于牙刷主體內的那部分的角度向下傾斜。
7.如權利要求7所述的物品，其中該中間部分向下的角度在5°～20°的范圍內。
8.如權利要求7所述的物品，其中該中間部分向下的角度大約15°。
9.如權利要求1所述的物品，其中該牙刷主體包括一手柄部分和一前部分，該前部分截面通常為U形使得該臂和刷頭可座落在該前部分內。
10.如權利要求9所述的物品，其中至少該牙刷主體的前部分沿其長度有開孔。
11.如權利要求10所述的物品，其中該牙刷主體的前部分包括至少在該拱形元件下面并在底部延伸的槽。
12.如權利要求1所述的物品，其中該拱形元件是劈啪作響的球頭扁柱形拱形，該拱形元件在其上表面施加極限壓力值時塌陷并接著在壓力降至極限值以下時恢復其原有構形。
13.如權利要求12所述的物品，其中該拱形構件塌陷一充分距離以產(chǎn)生一引起使用者注意的觸覺并伴隨有一同樣引起使用者注意的可聽見的聲音。
14.如權利要求13所述的物品，其中該充分距離是至少1/16密耳并越過平位。
15.一種包括牙刷主體的牙刷壓力傳感系統(tǒng)，包括●一細長鉸接構件，在其一端附近連接在牙刷主體的手柄部分遠端附近的牙刷主體上，該鉸接構件有一鉸接部分和一臂部分，該臂部分構造成坐落在牙刷主體內；●一連接在該臂部分遠端的刷頭構件，上述刷頭構件包括一沖擊元件，該沖擊元件從該刷頭構件的底部后表面延伸出去；以及●一可塌陷、可恢復的拱形元件，安裝在該刷頭下面的牙刷主體的前部分上，其中在操作時該拱形構件塌陷，產(chǎn)生一個過大壓力指示，當通過上述沖擊元件在上述拱形元件上施加一極限壓力值時，表明該牙刷使用者在刷頭上施加過大的力作用在牙齒上。
16.如權利要求15所述的物品，其中該拱形構件塌陷大約1/16英寸。
17.如權利要求15所述的物品，其中該臂部分構造成該刷頭毛簌的頂部與該鉸接構件的鉸接部分大致在同一平面上。
18.如權利要求15所述的物品，其中該鉸接構件還包括一連接部分和一容納部分，該連接部分固定在該牙刷主體上大約牙刷主體的中間位置，該容納部分適于并構造成容納上述臂部分的一端，其中該鉸接部分是一該連接部分和容納部分中間狹窄部分并使該容納部分和該臂部分可圍繞該鉸接部分彎曲。
19.如權利要求15所述的物品，其中該臂部分包括一連接在該鉸接構件上的近端部分，一與刷頭構件相連的遠端部分和在近端部分和遠端部分之間延伸的中間部分，其中該中間部分從該近端部分到遠端部分沿著其位于牙刷主體內的那部分的角度向下傾斜。
20.如權利要求7所述的物品，其中該中間部分向下的角度在5°～20°的范圍內。
21.一種手動牙刷主體，包括●一手柄部分，適合使用者抓??；以及●一前部分，該前部分從該手柄部分到該牙刷主體的遠端延伸，該前部分適于在該牙刷主體的遠端附近容納一刷頭構件，并且一壓力傳感構件安裝在該刷頭構件的下面，其中該前部分有開孔使清洗流體從中流過并有助于牙刷主體在使用間歇變干。
22.如權利要求21所述的物品，其中該開孔大致在該前部分的長度上延伸。
23.如權利要求21所述的物品，其中該開孔包括圓形孔。
24.如權利要求21所述的物品，其中該開孔在該前部分的底部并在該壓力傳感構件下面包括一狹窄細長槽。
25.一種壓力傳感牙刷，包括●一有前刷頭容納部分的牙刷主體；●一臂組件連接在牙刷主體并有一刷頭坐落在該牙刷主體的刷頭容納部分內，其中包括該刷頭的該臂組件移動以響應刷頭上毛簌壓力?！褚豢伤荨⒖苫謴偷墓靶卧?，位于該牙刷主體的刷頭容納部分和該刷頭之間，其中當一預定值壓力施加在毛簌上時，該拱形構件塌陷，產(chǎn)生一個已超過預定壓力值的觸覺指示，其中當施加在毛簌上的壓力下降低于該預定壓力值時，該可塌陷、可恢復的拱形元件恢復原狀。
26.如權利要求25所述的物品，其中該可塌陷、可恢復的拱形元件是劈啪作響的拱形，其中該劈啪作響的拱形元件以一種方式安裝使得當超過一預定值壓力時該劈啪作響的拱形元件越過平位。
27.一種用于手動壓力傳感牙刷的可替換刷頭和臂組件，該牙刷包括一適于使用者抓取的手柄部分和一從該手柄延伸的臂部分并適于容納該刷頭和至少該臂組件的一部分，包括●一臂組件可移動固定在該牙刷上，該臂部分包括一鉸接部分；●一刷頭位于該臂組件的遠端，其中該刷頭上的壓力使該臂組件圍繞該鉸接部分移動，該刷頭包括沖擊在刷頭下面牙刷內的可塌陷拱形元件的一沖擊構件，當一極限值壓力施加在上述刷頭上時使該拱形元件塌陷并產(chǎn)生過大壓力指示。
28.如權利要求27所述的物品，其中該臂組件包括一鉸接構件，該鉸接構件包括一連接部分將該臂部分可移動地固定在該牙刷上，該鉸接構件包括一容納部分，其中該臂組件還包括一從該鉸接構件的容納部分延伸的臂部分。
29.如權利要求28所述的物品，其中該臂部分包括一連接在該鉸接構件的近端部分，一與刷頭相連的遠端部分和一在該近端部分和該遠端部分之間延伸的中間部分，其中該中間部分從該近端部分到遠端部分沿著其位于牙刷主體內的那部分的角度向下傾斜。
30.如權利要求29所述的物品，其中該中間部分向下的角度在5°～20°的范圍內。
全文摘要
壓力傳感系統(tǒng)包括一固定連接在一牙刷主體上的鉸接構件。一臂構件連接在所述鉸接構件的一端并圍繞本鉸接發(fā)明的鉸接部分旋轉。該旋轉臂構件和該刷頭構件坐落于該牙刷主體內。該刷頭構件包括一從該刷頭后表面延伸出的沖擊元件部分。一可塌陷、可恢復的拱形構件安裝在該刷頭構件下面的牙刷主體上，當使用者在刷頭上施加過大壓力作用于牙齒時，該拱形構件通過塌陷提供一警告提示。
文檔編號A61C17/00GK1400874SQ01801827
公開日2003年3月5日 申請日期2001年4月26日 優(yōu)先權日2000年4月28日
發(fā)明者S·M·梅金尼斯三世, M·D·比克斯拜 申請人:皇家菲利浦電子有限公司