电动牙刷头的制作方法

1.本发明涉及一种改进的电动牙刷的牙刷头，包括簇状半球形或球形，特别是涉及一种可以减小牙刷头尺寸的结构的簇状半球形或球形。背景技术：2.欧洲专利ep2,142,138b1描述了一种牙刷，其包括基本上球形的刷子，该刷子包括两个基本上半球形的部分，通过通道和驱动装置彼此分开，该驱动装置延伸穿过通道并且适于将至少第一和第二独立刷牙运动传递给刷头。3.申请人已经认识到，包括这种球形刷子的牙刷为了能够舒适地使用和有效地清洁所有牙齿，应该不超过一定尺寸。本发明的一个目的是提供一种改进的电动牙刷头，其具有足够小的尺寸的基本上球形的刷子，以便以能够有效地清洁牙齿。4.本发明的另一个目的是提供一种改进的电动牙刷头，其具有基本上半球形的刷子。5.与传统的刷子相比，具有驱动装置的基本上球形的刷子具有固有的缺点。传统的牙刷通常包括由多个“刷毛束”形成的刷毛组，刷毛束在固定端固定到支撑件上。刷毛以大致相同的方向从支撑件伸出，以在其自由端提供大致平坦的刷洗面。6.球形的刷子或半球形的刷子(在其底部直径处)具有中心球形的支撑件，刷毛从其相反方向伸出。其结果是，对于给定长度的刷毛，球形的刷子的总体尺寸将是单侧布置所需的两倍。此外，由于刷毛必须具有最小长度，以便为给定的刷毛直径提供足够的柔顺性，而刷毛的直径又由磨损要求决定，加上中间支撑，球形布置为半球形或球形的刷子设定的最小尺寸至少是该最小刷毛长度的两倍。7.因此有必要使支撑的尺寸最小化。然而，与此同时，支撑件必须为牙刷的刷毛提供牢固的保持力。此外，在支撑件设置有诸如齿轮的驱动接收器的情况下，这必须足够牢固以从牙刷的驱动机构向簇状球形或簇状半球形传输接收足够的动力，以使其旋转，即使当装载有牙膏时也是如此。8.另一个问题是，由于刷毛从球形表面沿大致径向方向伸出，对于固定长度的刷毛，刷毛在其自由端处的分离对于小圆顶比大圆顶更显著。因此，申请人已经认识到，重要的是使刷毛在支撑表面处的“堆积”最大化，以确保刷子的刷洗表面处的刷毛密度足够高以进行有效清洁，并提供视觉上可接受的外观。9.为此，申请人已经认识到，通过在它们的基部熔合刷毛束(也称为簇)以提供整体支撑结构，即支撑结构由与刷毛材料相同的材料形成并与其一体，减少了并且优选地消除了对单独支撑的需要。在没有单独的支撑件和将刷毛组锁定到支撑件中所需的相关联的铆接的情况下，可以制造尺寸减小的刷毛圆顶，其仍然保持刷毛的良好保持强度。在进一步的改进中，整体结构结合到支撑环，该支撑环为刷毛圆顶提供驱动接收器。优选地，该支撑环由与刷毛相同的材料制成，并通过加热塑料熔合到圆顶上，使得整个支撑环、圆顶和刷毛联合形成整体结构。此外，通过优化刷毛束的几何形状以提高其近端处的堆积密度，使形成支撑圆顶所需的刷毛融合量最小化。技术实现要素：10.根据本发明，提供了一种用于电动牙刷的牙刷头，包括刷子，所述刷子包括连接到环形载体上的刷毛圆顶，其中，所述刷毛圆顶包括具有凸形外表面的支撑圆顶，以及从凸形外表面向外延伸的刷毛，并且其中刷毛圆顶是包括熔合刷毛的整体结构，优选由熔合刷毛组成。11.优选地，由熔合刷毛材料形成的支撑圆顶具有2mm至4mm，优选2.5mm至3.5mm，最优选约6mm的外表面测量的半径。12.优选地，由熔合刷毛材料形成的支撑圆顶具有0.5mm至2mm，优选约1mm的壁厚。13.优选地，刷毛具有基本上相等的长度，并且刷毛圆顶的形状使得刷子是基本上半球形的。14.优选地，基本上半球形的刷子具有不大于10mm的半球形半径。更优选地，半球形半径不大于9mm。15.牙刷头还可以包括第二刷子，所述第二刷子包括连接到环形载体上的刷毛圆顶，其中每个刷子包括具有凸形外表面的支撑圆顶以及从凸形外表面向外延伸的刷毛，并且其中每个刷毛圆顶是由熔合刷毛形成的整体结构，其中第一刷子和第二刷子围绕它们的环形载体连接以提供一对相对的朝外的刷毛圆顶。16.优选地，第一刷子环形载体结合到第二刷子环形载体。第一环形载体可以通过使用粘合剂或更优选地通过热熔合结合到第二环形载体。17.最优选地，第一环形载体通过激光焊接熔合到第二环形载体。优选地，第一环形载体掺杂有在吸收预定激光频率吸收激光能量的材料，例如炭黑，使得其对于预定激光是不透明的，而第二载体未掺杂并且对于所述预定激光频率基本上保持透明，从而确保对第一环形载体和第二环形载体的界面处的熔化保持良好的控制。18.优选地，第一刷子和第二刷子是基本上半球形的并且该对相对的朝外的刷毛圆顶提供了基本上球形的刷子组件。19.优选地，基本上球形的刷子组件具有不大于20mm的球形直径。更优选地，所述球形直径不超过18mm。20.优选地，该对基本上半球形的刷子各自提供135°至145°，优选约140°的簇状球形锥体，以在它们之间提供间隙以接收对结合的环形载体的驱动，同时在刷毛的远端提供有用的清洁区域。21.优选地，至少一个刷毛圆顶与其环形载体结合，并且当使用一个以上的刷毛圆顶时，所有的刷毛圆顶与其环形载体结合。22.优选地，使用粘合剂和/或焊接，和/或使用机械/熔化界面，例如卡扣配合装置，将圆顶和环形载体结合，然后将其进行加热以将带刷毛的圆顶和环形载体熔合，和/或通过将刷毛圆顶熔合到环形载体。23.最优选地，结合通过至少一个刷毛圆顶与其环形载体的热熔合实现，使得带刷毛的圆顶与环形载体熔合。24.优选地，至少一个刷子的环形载体提供轴承表面，并且在施用两个环形载体的情况下，每个载体提供至少一个轴承表面。25.优选地，至少一个刷子的环形载体提供驱动接收器。优选地，驱动接收器提供用于接受来自外部驱动器的驱动的驱动环的至少一部分，包括齿轮环或滑轮环。更优选地，驱动环是用于接收来自齿轮驱动器的驱动的齿轮环。26.在使用两个环形载体的情况下，每个环形载体可以适于提供驱动环的第一和第二位置(quadrant)，其第一和第二位置围绕环形载体等角度地间隔开，使得连接的环形载体形成完整的驱动环。27.更优选地，第一刷子包括设置有齿轮环的第一环形载体，并且第二刷子包括可以结合到第一齿轮环的齿轮环的第二环形载体。28.优选地，至少一个刷毛圆顶和环形载体由与可热熔材料制成。29.优选地，至少一个刷子的刷毛圆顶和环形载体由尼龙或pbt(聚对苯二甲酸丁二酯)制成，并且环形载体由相容材料制成。30.优选地，当至少一个刷毛圆顶由尼龙制成时，相应的环形载体由尼龙或pc制成。31.更优选地，至少一个刷毛圆顶由pbt制成，并且相应的环形载体由pbt或abs(丙烯腈丁二烯苯乙烯)或pc(聚碳酸酯)或pei(聚醚酰亚胺)制成。32.最优选地，至少一个刷子包括由pbt制成的刷毛圆顶和环形载体。33.优选地，至少一个环形载体设置有环形表面，其适于提供用于与刷毛圆顶结合的咬合特征(keying feature)。34.优选地，所述咬合特征包括一非平坦表面；特别是凹表面；特别是齿形表面，所述齿形表面包括可以弯曲的直立指状物的环形阵列。35.任选地，咬合特征被提供给至少一个环形载体，其包括蚀刻材料，或多个锚固件，熔融的刷毛材料可围绕所述锚固件流动，并且在固化时锁定以在刷毛材料和环形载体的锚固件之间提供机械结合。36.优选地，所述刷毛圆顶包括多个刷毛束，其每个刷毛束具有远端和近端，其中刷毛束的刷毛在邻近它们的近端通过施加热量熔合在一起，以形成支撑圆顶，而每个刷毛的远端自由地形成清洁表面。37.优选地，至少一个刷子的所有支撑圆顶由熔合刷毛材料提供。38.优选地，所述刷毛束在它们的近端具有多边形横截面，以使得能够在熔合之前紧密包装。39.更优选地，所述刷毛束形成为在它们的近端具有多边形横截面，使得它们形成疏松堆积的半球形多面体，其熔合以形成支撑圆顶。40.优选地，至少一个刷子包括与环形载体同心的至少第一截头圆锥形刷毛束阵列和第二截头圆锥形刷毛束阵列，其中第一环形阵列的刷毛束具有第一多边形横截面以及第二环形阵列的刷毛束具有第二多边形横截面，并且其中第一和第二多边形横截面不同。41.优选地，所述刷毛束排列成与环形载体同心的四个环形阵列，并且每个同心阵列的刷毛束具有不同于其他阵列的刷毛束的多边形横截面。42.优选地，所述刷毛束排列成与环形载体同心的四个截头圆锥形阵列，并且每个同心阵列的刷毛束具有不同于其他阵列的刷毛束的多边形横截面。43.优选地，所述刷毛束排列成四个截头圆锥体阵列，其每个与环形载体同心并且包b沿顺时针和逆时针方向旋转。66.参考图2，刷头104包括相对于手柄固定的第一固定壳体106和第二内部壳体108，在其自由端112处设有轴承110，所述轴承110设有大致球形的刷子组件114。第二内部壳体108可相对于外部壳体绕轴线b-b旋转，以提供刷子组件114绕轴线b-b的旋转。刷子组件114绕轴线a-a的旋转通过在第二内部壳体108内将旋转驱动提供给刷子组件114的驱动接收器(在下面的图3中示出)而获得，该驱动接收器使刷子组件114在轴承110内绕轴线a-a旋转。驱动接收器还形成轴承110的一部分，以使刷子组件114与内部壳体108正确地对准，并传递旋转载荷，尤其是当围绕轴线b-b旋转时。67.第一固定壳体106设置有保护盖或“勺”116，当用刷子组件114的其余暴露部分刷牙时，其保护球形刷子组件114的一部分不与软组织例如脸颊接触。68.参考图3，球形刷子组件114被示出为从图1和图2的牙刷头104移出。69.球形刷子组件114包括第一刷毛圆顶118，所述第一刷毛圆顶118通过中心驱动接收器122连接到第二刷毛圆顶120，所述中心驱动接收器122包括具有环形排列的齿轮齿126的环形齿轮124。这些部分地嵌入在第一环形凸缘128和第二环形凸缘130之间，使得每个齿轮根部132位于环形凸缘128、130的外径内。70.通过驱动系统的驱动齿轮134的相互作用提供绕轴线a-a的旋转驱动，驱动齿轮134绕其轴线被驱动以使刷子组件114的环形齿轮124沿相反方向驱动。环形凸缘128、130和它们之间的环形齿轮124的位置使得齿轮根部132位于它们的外径之下，确保驱动齿轮134与环形齿轮124很好地对准，确保良好的驱动，并使磨损最小化。71.现在参照图4，图3的刷子组件114以局部分解视图示出。刷子组件114包括第一刷子136和第二刷子138。72.第一刷子136包括结合到第一环形载体140的第一刷毛圆顶118，尽管为了清楚起见分开示出了这些部件。第二刷子138包括结合到第二环形载体142的第二刷毛圆顶120。73.还参考图5，其示出了穿过第一环形载体140和第二环形载体142的组件的横截面，第一环形载体140包括第一环形凸缘128，其提供包括弯曲外边缘144及其外侧平坦环形表面146的轴承肩。在第一环形凸缘128的内侧，第一环形载体140设置有直立的弯曲指状物148a、148b、148c的环形阵列，其限定围绕第一环形凸缘128的外侧面的槽型环150。在具有交替深度的指状物148a、148b、148c之间形成一系列交替的凹槽152a、152b，使得槽型环150提供相同数量的深槽152a和浅槽152b。74.在第一环形凸缘128的相对侧上，第一环形载体140包括具有轴向花键的外侧阵列的带花键的内套筒154。带花键的内套筒154由从第二环形载体142延伸的带花键的外套筒156容纳。带花键的内套筒154邻接带花键的外套筒156的内肩，以在两个环形载体140、142之间提供邻接接头158，其适于用粘合剂或通过热熔合结合。内套筒154和外套筒156的花键协作以确保在组装时第一环形载体140和第二环形载体142的良好对准。75.环形齿轮124的齿轮齿126设置在带花键的外套筒156的外部弯曲表面上。76.与第一环形载体140类似，第二环形载体142提供由第二环形凸缘130提供的轴承肩。该轴承肩提供弯曲外边缘160和外侧平坦环形表面162。77.球形刷子组件的轴承表面144、146、160、162与内部壳体的轴承110协作以将刷子组件114定位在内部壳体108内。它们在刷子组件114的环形齿轮124的两侧上提供轴承支撑，以允许刷子组件114在来自驱动齿轮134的驱动下围绕轴线a-a旋转运动，同时确保环形齿轮124和驱动齿轮134的良好对准。外轴承表面146、162将刷子组件114轴向地定位在内部壳体108内，以再次确保齿轮的良好对准，并且当轴承110围绕b-b轴线旋转时，其对于将旋转力从内部壳体108传递到轴承110也是重要的。78.与第一环形载体128类似，第二环形载体142设置有围绕第二环形凸缘130的外侧面的槽型环164。同样，在具有交替深度的指状物之间形成一系列交替的凹槽，使得槽型环164提供相同数量的深槽和浅槽。79.还参考图6a以及图6b至图6e，图6a示出了刷毛圆顶118、120的顶点上的视图，每个刷子136、138的刷毛圆顶118、120通过熔合多个刷毛束阵列来形成，以连接彼此并连接环形载体140、142。80.更详细地，七个刷毛束166a(等序号)的第一阵列与环形载体140、142的轴线同轴对准。该阵列围绕环形载体140、142的轴线等角度地分布，并且基本上是截头圆锥形的，即近似截锥体。该阵列以与轴线成约70°的角度指向载体140、142的轴线(即轴线a-a)，使得每个刷毛束以约20°从载体140、142的平面向上伸出。81.每个刷毛束166a(等序号)从近端168延伸到远端170，近端168容纳在槽形环150、164的深槽中，远端170形成刷子136、138的清洁表面。82.刷毛束166a(等序号)具有如图6b所示的六边形横截面172。六边形横截面包括下矩形172a和邻接的上梯形172b，其远离与下矩形的邻接接合处向内逐渐变窄。83.七个刷毛束174a(等序号)的第二截头圆锥形阵列与环形载体140、142的轴线同轴对准。每个刷毛束以约60°的角度指向载体140、142的轴线，使得每个刷毛束以约30°的角度从载体140、142的平面向上伸出。84.第二阵列174a(等序号)的每个刷毛束从近端176延伸到远端178，近端176容纳在槽形环150、164的浅槽中，远端178形成刷子136、138的清洁表面。刷毛束174a(等序号)具有包括下梯形180a和连续等腰三角形180b的五边形横截面180。85.第二阵列的近端176与第一阵列的近端168相互交叉，但比第一阵列高出载体140、142的平面，使得第二阵列刷毛束174a(等序号)的下梯形部分完全位于第一阵列刷毛束之间，但第二阵列刷毛束174a(等序号)的横截面180的三角形部分180b位于第一阵列刷毛束166a(等序号)上方。86.七个等角度间隔刷毛束182a(等序号)的第三截头圆锥形阵列与载体轴线成约30°的角度，使得每个刷毛束以约60°从载体平面向上伸出。每个刷毛束182a从位于第一阵列166a(等序号)和第二阵列174a(等序号)的近端附近的近端186延伸到形成刷子组件114的清洁表面的远端184。87.第三阵列的刷毛束182a(等序号)具有包括下半部的六边形横截面188，所述下半部的形状使得在第一阵列刷毛束横截面172的上表面之间和在第二阵列刷毛束横截面的三角形部分180b之间配合并松散地贴合。88.最后，刷毛束190a、190b、190c的第四截头圆锥体阵列包括三个围绕载体140、142的轴线等角度间隔开的刷毛束190a、190b、190c。每个刷毛束被定向为与载体轴线成约15°的角度，即与载体140、142的平面成约75°的角度。每个刷毛束190a(等序号)从位于第三阵列182a(等序号)的近端附近的近端192延伸到形成刷毛圆顶118、120的清洁表面的远端194。89.第四阵列的刷毛束190a(等序号)具有类似于具有弯曲底部的等腰三角形的叶状横截面196。这些刷毛束被布置成使得它们的平坦表面邻接，使得弯曲底部形成一条圆形线，该圆形线邻接第四阵列刷毛束的上表面。90.现在参考图6f，其示意性地示出了由刷毛束的第一、第二、第三和第四阵列在它们的近端168、176、184、192处呈现的横截面172、180、188、196使得刷毛近端能够紧密填塞，其间具有最小间隙，以提供松散填塞的半球形多面体198。由于将三维表面呈现为二维图的限制，图6f示出了略小于整个半球形多面体198的一半。91.该半球形多面体通过刷毛束在它们的近端处彼此熔合而熔合，提供了根据本发明的刷毛圆顶118、120。92.刷毛束在其近端处的熔合消除了将刷毛束固定在单独形成的部件中的需要，从而能够减小尺寸但同时通过整体结构提供足够的刷毛保持力。93.优选地，刷毛圆顶同时形成并熔合到由相容材料制成的环形载体上。这样，由于上述原因，刷毛圆顶牢固地连接到载体上。另一个优点是所述圆顶可以通过熔融形成，而刷子(136、138)的特征需要特定的尺寸控制，例如轴承表面和可选的驱动特征，通过可以在连接之前通过注塑成型制造的环形载体提供。注塑成型工艺对用于形成支撑圆顶的熔融工艺具有更好的尺寸控制，并且这有利于很好地控制轴承精度。94.在制造中，刷毛束被插入到包括基本上半球形空腔(未示出)的模具中，使得它们在空腔中伸出预定的距离。然后将具有与半球形空腔相似几何形状但形状为在压力机和空腔之间留下大约1mm的间隙以形成圆顶支撑的加热的半球形压力机插入空腔中，使其在刷毛束的近端接触所有的刷毛束。将该工具加热到一定温度，使刷毛材料熔合在一起，形成一个整体的刷毛圆顶。95.压力机和空腔之间的间隙给出约1mm的壁厚，其被认为给出刷毛束的良好保持强度，同时允许形成适当小的支撑件，然而，可以在0.5mm至2mm的壁厚范围内获得相同的性能。96.在优选的步骤中，半球形空腔设置有凹槽以接收插入凹槽中的环形载体140、142，使得第一和第二刷毛阵列166a(等序号)和174a(等序号)分别邻接由环形载体的槽型环150、164提供的凹槽152a、152b。弯曲的指状物148a、148b在任一侧包围刷毛阵列，提供机械锁定以将它们稳定在适当位置。97.然后将类似的加热半球形压力机引入空腔中，布置成接触所有刷毛束的近端以及环形载体的槽型环150、164的内部。压力机被加热，使得近端熔合以形成刷毛圆顶(118、120)的支撑圆顶，从而形成刷毛圆顶，同时或几乎同时与支撑件的槽型环熔合，产生整体的刷毛圆顶和环形载体。98.在本实施例中，刷毛和载体都由pbt(聚对苯二甲酸丁二醇酯)制成，以确保部件的良好熔合。其它材料也可用于刷毛圆顶，包括尼龙。99.如果载体要熔合到刷毛圆顶上，则应当使用相同或相容的材料，例如，对于pbt刷毛圆顶，载体可以由abs(丙烯腈丁二烯苯乙烯)或pc(聚碳酸酯)或pei(聚醚酰亚胺)制成。对于尼龙刷毛圆顶，载体可以由尼龙或pc制成。100.在可选的制造工艺中，刷毛圆顶可以在刷毛端部熔化之后结合到载体，或者通过进一步的熔化步骤，以将载体熔合到刷毛圆顶，或者通过使用粘合剂将刷毛圆顶和载体粘合在一起。101.在刷毛圆顶118已经形成并且与第一环形载体140接合以提供第一刷子136，并且刷毛圆顶120已经形成并且与第二环形载体142接合以提供第二刷子138之后，刷毛圆顶118、120通过在它们的环形载体140、142的邻接接头158处使用合适的粘合剂而结合在一起，由此提供基本上球形的刷子组件114。102.在可选的工艺中，环形载体140、142之一可以掺杂有合适的材料，例如炭黑。刷毛圆顶118、120组装后，激光通过未掺杂环形载体聚焦到邻接接头158上，使得激光能量被掺杂环形载体吸收。这导致局部加热，进而导致两个环形载体140、142在邻接接头158处熔合。103.理想情况下，刷毛束的所有刷毛在制造后具有相同的长度。在本实施例中，所有的刷毛长大约6mm。优选地，刷毛圆顶的圆顶具有不大于8mm，更优选地不大于6mm的半径，以确保基本上半球形的刷子在其最宽尺寸上不大于20mm，更优选地在其基底尺寸上(横跨第一环形刷毛阵列)不大于18mm。104.参考图7，其示出了结合有根据本发明的刷子202的第二牙刷头200的等距视图。105.第二牙刷头与图1所示的牙刷手柄兼容，但构造成仅绕刷子202的轴线旋转，即绕轴线a-a旋转。106.还参考图8，刷子202包括单个刷子204，其包括刷毛圆顶206。环形载体208适于提供环形轴承通道，并容纳带花键的驱动齿轮208。该驱动齿轮是倾斜的，以将从驱动轴210接收的驱动转换90°，从而使刷子绕轴线a-a旋转。