用于通過(guò)刷毛動(dòng)作確定牙齒上的壓力負(fù)載的力和動(dòng)態(tài)負(fù)載測(cè)量的組合的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般涉及具有刷毛壓力傳感器的電動(dòng)牙刷，并且更具體地涉及具有改進(jìn)的 壓力傳感精度的牙刷。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓力傳感器在電動(dòng)牙刷中的使用是公知的。這樣的傳感器，也稱(chēng)為負(fù)載傳感器，以 克為單位實(shí)際測(cè)量刷毛區(qū)施加于牙齒的力。然而，這種傳感器的結(jié)果除了由用戶動(dòng)作所產(chǎn) 生的對(duì)著牙齒的直接刷毛力之外，通常包括其它類(lèi)型的負(fù)載，例如由面頰、舌和嘴唇產(chǎn)生的 負(fù)載。除了其它負(fù)載，對(duì)著牙齒的刷毛壓力的準(zhǔn)確指示將為用戶提供更好的信息，以及使器 具更有效地適應(yīng)。
[0003] 因此，理想的是提供一種壓力/力感測(cè)系統(tǒng)，其為用戶提供了有關(guān)過(guò)大的力的應(yīng) 用的更準(zhǔn)確信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 因此，具有壓力傳感器的電動(dòng)牙刷包括：用于通過(guò)直接力測(cè)量確定牙刷的刷毛施 加在用戶的牙齒上的壓力的系統(tǒng)；用于通過(guò)動(dòng)態(tài)力測(cè)量確定牙刷的刷毛施加在用戶的牙齒 上的壓力的系統(tǒng)；和響應(yīng)于通過(guò)直接力測(cè)量和動(dòng)態(tài)力測(cè)量所確定的壓力來(lái)調(diào)整指示過(guò)度刷 毛力的壓力的預(yù)先建立量的處理系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0005] 圖1是當(dāng)正在刷牙齒的外（頰）面時(shí)，用戶的口腔和牙刷的各個(gè)部分的平面圖。
[0006] 圖2是圖1的正視圖。
[0007] 圖3是當(dāng)正在刷牙齒的內(nèi)（舌）面時(shí)，用戶的口腔和牙刷的平面圖。
[0008] 圖4是圖3內(nèi)的口腔的俯視圖。
[0009] 圖5是牙刷的產(chǎn)生壓力信息的一部分的簡(jiǎn)化圖。
[0010] 圖6是霍爾效應(yīng)傳感器的半周期的輸出，其具有校準(zhǔn)至用于器具的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸 出信號(hào)。
[0011] 圖7是類(lèi)似于圖6的示意圖，其示出了由負(fù)載造成的輸出信號(hào)相移。
[0012] 圖8從圖5的傳感器產(chǎn)生直接力信息的流程圖。
[0013] 圖9是用于從圖5的傳感器確定動(dòng)態(tài)力信息的流程圖。
[0014] 圖10是一個(gè)圖表，其顯示了來(lái)自于圖6和圖7中的信息如何被用于調(diào)整由用戶施 加的過(guò)大的力的觸發(fā)點(diǎn)/閾值。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 除了牙刷刷毛作用在牙齒上的壓力，在刷牙動(dòng)作期間還存在由口腔中的組織產(chǎn)生 的幾種類(lèi)型的負(fù)載。存在一種彈簧負(fù)載，其是通過(guò)刷毛對(duì)牙齒的動(dòng)作產(chǎn)生的。還有一種呈 摩擦形式的阻尼動(dòng)作，其發(fā)生于靠著支撐牙刷刷毛的刷毛板的臉頰，靠著牙齒的刷毛，靠著 刷毛板的舌頭和靠著牙刷的頸部的嘴唇之間，更進(jìn)一步，存在一種通過(guò)靠著刷毛板的臉頰， 以及靠著刷毛的牙齒，靠著刷毛板的嘴唇，靠著刷毛板的舌頭，靠著牙齒的刷毛和靠著刷毛 的牙齒所產(chǎn)生的負(fù)載。
[0016] 這些對(duì)于牙齒的外（頰）面的不同負(fù)載示于圖1和圖2中，而圖3和4示出了對(duì) 于內(nèi)（舌）面的負(fù)載。牙齒被示出為12,臉頰示為14,舌頭示為16,并且嘴唇示為18。牙 刷總體顯示為20,牙刷的頸部示為22,刷毛板部示為24,并且刷毛示為28。壓力傳感器系 統(tǒng)，試圖測(cè)量刷毛對(duì)牙齒的力/負(fù)載，以便為用戶提供關(guān)于相對(duì)于其上可能壓力過(guò)大的力， 以及用于清潔效果的最小力的應(yīng)用的信息，然而，這種傳感器實(shí)際上不只是測(cè)量對(duì)牙齒的 刷毛壓力，因此為用戶提供相對(duì)于過(guò)度壓力的有點(diǎn)不準(zhǔn)確的信息。具體地，除了對(duì)牙齒的直 接刷毛壓力，由于某些口腔組織的包含，用于為用戶產(chǎn)生過(guò)度壓力指示的觸發(fā)點(diǎn)（閾值）可 能太高或太低。如果過(guò)高，可能在沒(méi)有警告的情況下引起損害，并且如果過(guò)低，效果可能降 低。
[0017] 本發(fā)明被設(shè)計(jì)用于為用戶提供更精確和消息靈通的觸發(fā)點(diǎn)信息，特別是關(guān)于由刷 毛施加到牙齒表面上的壓力或力的更精確的/明確的信息。在本發(fā)明中，兩個(gè)不同的力確 定系統(tǒng)被使用，并且從每個(gè)系統(tǒng)中獲得的信息被相對(duì)于表格使用以影響提供給用戶相對(duì)于 可能的超載或過(guò)度壓力的信息。例如，如果在處理器中觸發(fā)點(diǎn)被設(shè)定為300克，由兩個(gè)不同 的壓力傳感器系統(tǒng)提供的信息，以及關(guān)于峰-峰值的信息，被用來(lái)調(diào)整預(yù)設(shè)定值，警告在該 值下被提供給用戶。一個(gè)壓力感測(cè)系統(tǒng)提供直接力或位移信息，而另一個(gè)感測(cè)系統(tǒng)提供動(dòng) 態(tài)力信息。
[0018] 存在幾種提供直接力或位移信息的感測(cè)裝置，和提供動(dòng)態(tài)力信息，以及峰-峰值 信息的裝置。
[0019] 在本裝置中，直接力或位移信息是由霍爾效應(yīng)傳感器裝置提供的，而動(dòng)態(tài)負(fù)載信 息也是由霍爾效應(yīng)傳感器提供的，其被用于測(cè)量磁場(chǎng)響應(yīng)相對(duì)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位之間的相 移。然而，其它裝置也可以被使用，以提供位移和動(dòng)態(tài)負(fù)載感測(cè)信息。
[0020] 圖1示出了電動(dòng)牙刷的簡(jiǎn)化視圖，其被設(shè)置成包括霍爾效應(yīng)感測(cè)裝置，以產(chǎn)生位 移和動(dòng)態(tài)負(fù)載信息兩者。整體示為29的電動(dòng)牙刷包括手柄30、刷頭組件32和一組刷毛34， 其中刷毛板36被定位在刷頭組件的頸部37的遠(yuǎn)端。該刷頭組件通常從手柄部分可移除。 該電動(dòng)牙刷包括整體以40示出的傳動(dòng)系組件，其由可再充電電池供電。該電動(dòng)牙刷還包括 微處理器46,其為傳動(dòng)系產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，還處理來(lái)自霍爾效應(yīng)傳感器/多個(gè)霍爾效應(yīng)傳感 器的信號(hào)信息以提供位移和動(dòng)態(tài)負(fù)載信息。在傳動(dòng)系40的后部的是磁體48。在所示實(shí)施 例中，磁體的尺寸如下：13. 4mmX9.0mmX4. 0mm。合適的磁體的一個(gè)例子是釹。其它磁體也 可以使用。安裝在電動(dòng)牙刷內(nèi)部的是霍爾效應(yīng)傳感器或多個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器52?；魻栃?yīng) 傳感器52可被安裝在電動(dòng)牙刷內(nèi)的各種位置。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器被安 裝到柔性電路上，其被附連到包含微處理器的印刷電路板，從而當(dāng)牙刷在操作中移動(dòng)時(shí)，霍 爾效應(yīng)傳感器可以響應(yīng)于變化的磁場(chǎng)。這將導(dǎo)致動(dòng)態(tài)力確定，如下面所解釋的。
[0021] 另一個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器53可以安裝在牙刷的傳動(dòng)系框架上，位于距磁體大約 2. 3_處，與其大約在同一平面中。該霍爾效應(yīng)傳感器識(shí)別由于靠著牙齒的刷毛區(qū)上的力， 安裝或設(shè)置在諸如V型彈簧實(shí)施例中的傳動(dòng)系的橫向位移，從而傳動(dòng)系的后端響應(yīng)于用戶 的力橫向移動(dòng)。
[0022] 在操作中，相對(duì)于當(dāng)傳動(dòng)系的后端和磁體來(lái)回?cái)[動(dòng)通過(guò)選擇的角度時(shí)的直接力 (位移）的信息，霍爾效應(yīng)傳感器53的電壓輸出正弦變化?；魻栃?yīng)傳感器的電壓輸出將 根據(jù)變化的磁場(chǎng)而改變。變化的磁場(chǎng)為確定相對(duì)于位移施加到刷毛的力的量提供了基礎(chǔ)。 當(dāng)力被施加到刷毛區(qū)時(shí)，包括磁體的傳動(dòng)系的后端樞轉(zhuǎn)，從而在霍爾效應(yīng)傳感器的方向上 產(chǎn)生磁鐵的橫向位移。當(dāng)磁體更接近傳感器時(shí)，霍爾效應(yīng)傳感器足夠敏感以檢測(cè)磁場(chǎng)的變 化。在牙刷內(nèi)的微處理器包括呈響應(yīng)曲線形式的信息表，其涉及霍爾效應(yīng)傳感器對(duì)磁體位 移以及因此對(duì)施加到刷元件的力的電壓輸出。磁體的位移將導(dǎo)致霍爾效應(yīng)傳感器的電壓輸 出相對(duì)于在空載條件下的電壓輸出的變化。因此，傳感器輸出的變化是施加到刷毛區(qū)的位 移力的可靠指示。此處參考美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)第61/695396號(hào)，其涉及用于牙刷的直接力 (位移）壓力信息系統(tǒng)。
[0023] 相對(duì)于動(dòng)態(tài)負(fù)載信息的產(chǎn)生，正弦輸出也由霍爾效應(yīng)傳感器在空載條件下產(chǎn)生。 在這種裝置中，霍爾效應(yīng)傳感器檢測(cè)用于器具的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和由磁體48的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的刷 頭組件的機(jī)械響應(yīng)之間的相位，隨著刷毛區(qū)壓力變化的變化。隨著壓力增加，相移增加。通 常，相位變化在壓力（力）的限定變化內(nèi)將是線性的，所述限定變化例如從〇克到至少300 克，在該點(diǎn)處，壓力通常已超過(guò)舒適性和有效性的最大值。信息也被存儲(chǔ)在微處理器中，對(duì) 于被測(cè)試的特定器具，其具體將相移信息和值與施加的力聯(lián)系起來(lái)，使得特定相移是施加 到牙刷的刷毛區(qū)的壓力/力，特別是動(dòng)態(tài)力的準(zhǔn)確指示。
[0024] 驅(qū)動(dòng)信號(hào)通常是方波，其在一個(gè)周期中從零電平上升到正值，并在由驅(qū)動(dòng)頻率確 定的時(shí)間之后下降到相反極性的一個(gè)值，驅(qū)動(dòng)信號(hào)周期持續(xù)用于每個(gè)事件的牙刷的操作持 續(xù)時(shí)間。在所示的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)頻率為250赫茲，運(yùn)動(dòng)的幅度在9至1Γ之間。然而，這 僅是操作的一個(gè)例子。頻率和幅度可以變化。
[0025] 牙刷最初被校準(zhǔn)以確定方波電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)和機(jī)械響應(yīng)信號(hào)之間存在的時(shí)間偏 移，如由來(lái)自于霍爾傳感器的信號(hào)輸出所指示的。這是在空載條件下完成的，從而使電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)之間的靜態(tài)相位關(guān)系是已知的，并且可以在牙刷的實(shí)際操作期間，實(shí) 際上是用于信號(hào)處理的調(diào)零。<