Die vorliegende Erfindung betrifft Zahnbürsten und Borsten zur Verwendung in Zahnbürsten.

Die meisten Menschen leiden unter Zahnfäule und/oder Zahnfleischentzündung durch Plaque bzw. Zahnbelag im Mundraum. Folglich ist es seit langer Zeit das Ziel der im Gesundheitswesen tätigen Personen, die Menge von Plaque im Mundraum zu verringern. Eine herkömmliche Möglichkeit zur Minimierung von Plaque ist das regelmäßige Zähneputzen.

Zahnbürsten sind mit Borsten mit unterschiedlichen Härte- bzw. Steifheitsgraden erhältlich, die für gewöhnlich als "weich", "mittel" und "hart" bezeichnet werden. Gemäß Industrienormen weisen derartige Zahnbürsten Steifheiten gemäß ISO 8627 (1987) von weniger als 7 Centinewton je Quadratmillimeter (cN/mm², weich), von 6 bis 9 cN/mm² (mittel) und von über 8 cN/mm² (hart) auf. Weiche Bürsten sind angenehmen in der Anwendung und halten die Verletzungen und Reizungen des Zahnfleischs so gering wie möglich. Für gewöhnlich sehen steifere, das heißt mittlere oder harte Bürsten eine bessere Reinigungswirkung vor.

Eine kennzeichnende Bürste, die in dem U.S. Patent US-A-5.467.495 offenbart wird, weist eine zylindrische Borstenträgerkonstruktion auf, wobei die Borsten in mehreren ungefähr konzentrischen kreisförmigen Ringen angeordnet sind. DE-U-295 01 338 beschreibt eine Zahnbürste mit gekräuselten und ungekräuselten Borsten. Die gekräuselten Borsten werden durch Schrumpfen der Borsten erreicht, was eine unregelmäßige Kräuselung zur Folge hat.

DE-U-94-08 268 offenbart eine Mundbürste mit gekräuselten Borsten. EP-B-893 958, das die Bestimmungen von Artikel 54(3) EPÜ erfüllt, offenbart eine Mundbürste mit daran angebrachten gekräuselten Borsten. DE-A-35 14 600 offenbart eine Mundbürste mit ungekräuselten Borstenbüscheln und mit einzeln angebrachten gekräuselten Borsten. JP-A-406 141 929 offenbart eine Mundbürste mit einer Mehrzahl einzeln angebrachter Fäden, die mit Oberflächenaussparungen und Vorsprüngen versehen sind, die in eine Richtung verlaufen, die quer oder parallel zu der Längsachse des Fadens ist. Das U.S. Patent US-A-3.840.932 offenbart einen Ultraschall-Zahnbürstenapplikator mit an dem Bürstenkopf angebrachten gekräuselten Borsten.

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es ich um eine verbesserte Mundbürste, die gekräuselte Borsten aufweist. Die gekräuselten Borsten werden vorzugsweise durch Zuschneiden gekräuselter, elongierter Fäden auf eine geeignete Länge zur Verwendung als Borsten gestaltet. Die gekräuselten Borsten weisen eine geringe Steifheit auf, um ein "weiches" Gefühl zu vermitteln, wobei unerwartet festgestellt werden konnte, dass sie eine ausgezeichnete Reinigungswirkung besitzen. Mit "gekräuselt" ist gemeint, dass die Borsten eine Mehrzahl von Verformungen aufweisen, wie zum Beispiel Biegungen, Kurven oder Vorsprünge, und zwar in Intervallen entlang ihrer Länge. Der hierin verwendete Begriff "Kräuseln" schließt den hierin genannten Begriff "strukturelles Kräuseln" ein, wobei das Verhältnis der Tiefe der Verformungen (gemessen als das Zweifache der Amplitude der Verformung abzüglich dem Durchmesser der Borste, wobei die Amplitude als die Strecke zwischen der Längsachse und der äußersten Oberfläche der Borste definiert ist) zu dem Borstendurchmesser ausreichend groß ist, so dass die longitudinale Mittellinie der Borste verformt wird, und so dass eine imäginäre Längsachse entlang der Länge der Borste nicht parallel zu der longitudinalen Mittellinie der Borste wäre (siehe 1B). Der Begriff "Kräuseln" umfasst ferner den hierin als "Oberflächenkräuseln" bzw. "oberflächliches Kräuseln" bezeichneten Begriff, wobei das Verhältnis der Tiefe der Verformung zu dem Durchmesser der Borste ausreichend klein ist, so dass die longitudinale Mittellinie der Borste nicht verformt wird, und wobei die longitudinale Mittellinie der Borste somit parallel zu einer imaginären Längsachse entlang der Länge der Borste ist (siehe 1C und 1D). Der Begriff "Kräuseln" umfasst ferner Kombinationen aus strukturellem und oberflächlichem Kräuseln an einer einzigen Borste oder an verschiedenen Borsten.

Die Intervalle zwischen den Verformungen können regelmäßige Abstände aufweisen, d. h. die Kräuselung kann in Form einer sinusförmigen oder anderen sich regelmäßig wiederholenden Wellenform einer gewünschten Form gegeben sein (z. B. bogenförmige Wellen oder kegelförmige Wellen). In der Beschreibung wird auch ein Kräuseln mit unregelmäßigen Intervallen beschrieben, d. h. die Kräuselung kann wahlfrei auftretende Verformungen aufweisen.

Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Mundbürste, die folgendes umfasst:

einen Körper, der folgendes aufweist:

• a) ein elongiertes Handstück mit einer longitudinalen Ausdehnung und einem ersten Ende; und
• b) einen Kopf, der an dem genannten ersten Ende positioniert ist, wobei der genannte Kopf zum Einführen in den Mundraum eines Menschen konstruiert ist;

Vorzugsweise liegt die Kräuselung in einer Ebene. Ferner wird bevorzugt, wenn die Kräuselung sinuskurvenförmig ist oder eine ähnliche nicht wahlfreie bzw. nicht zufällige Geometrie aufweist, dass jede Borste im Wesentlichen die gleiche Frequenz und Amplitude aufweist. Zum Beispiel kann die Kräuselung der Borsten im Wesentlichen sinuskurvenförmig sein, vorzugsweise eine Amplitude zwischen etwa 0,01 mm und 1,0 mm und eine Frequenz von etwa 0,5 bis 50 Kräuselungen/cm aufweisen, wobei ein Wert von 0,5 bis 8 Kräuselungen/cm darüber hinaus bevorzugt wird. Die strukturelle Kräuselung weist vorzugsweise eine Breite auf, die dem Umkehrwert der Frequenz entspricht. Die Oberflächenkräuselung weist vorzugsweise eine Breite von etwa 0,05 bis 2,0 mm auf, ein Verhältnis der Tiefe der Kräuselung zu dem Borstendurchmesser von etwa 0,01 bis 0,20, eine Verformungstiefe von etwa 1 bis 150 Mikrometern und eine Gesamtanzahl an Verformungen von 1 bis 50. Die Kräuselung benachbarter Borsten kann phasengleich sein, d. h. die Wellen einer Borste befinden sich auf einer Linie mit den Wellen der sie umgebenden Borsten, oder sie können eine andere Phase aufweisen, d. h. sie sind versetzt, und zwar entweder zufällig oder in einem vorbestimmten Muster. Die Borsten können eine Steifheit von bis zu 9 Centinewton je Quadratmillimeter (cN/mm²) aufweisen; bevorzugte Borsten weisen eine Steifheit auf, die der herkömmlicher Borsten entspricht, die in Standardzahnbürsten der Härten "weich" oder "extra weich" verwendet werden, d. h. einen Steifheitsgrad (gemäß ISO 8627) von etwa 2 bis 7 cN/mm².

In anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen weisen die gekräuselten Borsten einen Durchmesser von 0,152 mm (0,006 Zoll) auf und jeder Büschelöffnung weist vorzugsweise 40 bis 56 gekräuselte Borsten auf. Ferner wird bevorzugt, dass die ungekräuselten Borsten entlang einem Perimeter des Körpers angebracht werden, und wobei die genannten gekräuselten Borsten an zwei räumlich getrennten, symmetrisch zentralen Bereichen des genannten Körpers angebracht werden, wobei die symmetrischen Bereiche vorzugsweise die Form eines Halbkreises aufweisen. Ferner wird bevorzugt, dass die gekräuselten Borsten einen Farbstoff aufweisen, der aus den gekräuselten Borsten während der Anwendung freigesetzt werden kann, um den Verschleiß bzw. die Abnutzung des Borstenkopfes anzuzeigen.

Der hierin verwendete Begriff "Mundbürste" umfasst jede Bürste, die einen Körper mit einem Bürstenabschnitt aufweist, der zur Einführung in den Mund entwickelt ist. Der Bürstenabschnitt weist eine Mehrzahl von Borsten auf, die sich von diesem erstrecken und so bemessen sind, dass sie als Zahnbürstenoberflächen verwendet werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Mundbürste eine elektrische Zahnbürste. In Ausführungsbeispielen erstrecken sich zumindest einige der Büschel ungekräuselter Borsten von dem Bürstenkopf über die Büschel der gekräuselten Borsten hinaus. Vorzugsweise sind mindestens zwei der Büschel ungekräuselter Borsten, die sich über die distalen Enden der Büschel gekräuselter Borsten erstrecken, in einem Abstand von etwa 10 Millimetern voneinander getrennt.

Geeignete elektrische Zahnbürsten können einen Bürstenkopf aufweisen, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die vibrierende, oszillierende und sich drehende Bürstenköpfe aufweist oder jeden anderen herkömmlichen Bürstenkopf.

In einem Ausführungsbeispiel sind die Büschel gekräuselter Borsten in einem inneren Bereich des Bürstenkopfs angeordnet, umgeben von den Büscheln ungekräuselter Borsten, die in einem äußeren Bereich des Bürstenkopfs angeordnet sind.

Vorzugsweise weisen die Büschel ungekräuselter Borsten jeweils mindestens etwa um acht Prozent mehr (und in einigen Fällen bis zu 15 Prozent mehr und darüber) Borsten auf als jedes Büschel der gekräuselten Borsten.

In einigen Ausführungsbeispielen sind die Büschel gekräuselter Borsten im Ruhezustand schräg stehend, so dass sie an ihren distalen Enden einen deutlich breiteren Bereich belegen als an ihren Basisenden (d. h. an dem Körper).

In bestimmten Ausführungsbeispielen kann die Mundbürste den Bürstenkopf um eine Rotationsachse drehen, die im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des Büschels ist, uns so dass der Bürstenkopf zyklisch in Richtung der Rotationsachse bewegt wird.

Der hierin verwendete Begriff "wahlfrei" bzw. "zufällig2 steht nicht für die mathematische Zufälligkeit, vielmehr zeigt er lediglich an, dass der beschriebene Zustand nicht einheitlich ist oder sich regelmäßig wiederholt, wobei er eine gewisse Zufälligkeit bzw. Wahlfreiheit aufweist.

Der hierin verwendete Begriff "Steifheit" bezieht sich auf die Steifheit bzw. die Härte der Mundbürste bei Tests gemäß ISO 8627.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie aus den Ansprüchen deutlich.

In den Zeichnungen zeigen:

1A eine gerade Borste gemäß dem Stand der Technik;

1B eine stark vergrößerte Seitenansicht einer strukturell gekräuselten Borste;

die 1C und 1D entsprechende stark vergrößere Drauf- und Seitenansichten einer Borste mit Oberflächenkräuselung;

1E eine stark vergrößerte schematische Seitenansicht von Borsten mit verschiedenen Kräuselungskonfigurationen;

1F eine stark vergrößerte schematische Seitenansicht einer Borste mit einer absatzweise strukturellen Kräuselung;

2 eine Perspektivansicht einer Mundbürste gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

die 3 und 3A stark vergrößerte Seitenansichten sinuskurvenförmig gekräuselter Borsten, die phasengleich bzw. phasenversetzt angeordnet sind;

4 eine schematische Ansicht eines Verfahrens zum Kräuseln eines Fadens;

5 eine schematische Ansicht eines Verfahrens für eine absatzweise Kräuselung eines Fadens;

6 eine schematische Seitenansicht einer elektrischen Zahnbürste gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

6A eine vergrößerte Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Zahnbürstenkopfs der Zahnbürste aus 6;

6B eine vergrößerte Perspektivansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Bürstenkopfs der Zahnbürste aus 6;

7 eine Draufsicht des Bürstenkopfs aus 6B;

die 7A und 7B Querschnittsansichten entlang den Linien 7A-7A bzw. 7B-7B aus 7;

8 ein Büschel gekräuselter Borsten angrenzend an ein Büschel gerader Borsten;

die 9A und 9B die Biegung eines Büschels gerader Borsten und eines Büschels gekräuselter Borsten bei einer entsprechenden Belastung gegen eine Zahnoberfläche;

10 eine Anordnung von Büscheln gerader und gekräuselter Borsten mit zyklischer Belastung gegen eine Zahnoberfläche;

11 eine schematische Darstellung eines ersten Designbeispiels einer elektrischen Zahnbürste entlang eines Längsabschnitts;

die 12 und 13 Querschnittsansichten entlang den Ebenen 12-12 bzw. 13-13 aus 11;

14 eine schematische Darstellung eines zweiten Designbeispiels einer elektrischen Zahnbürste entlang eines Längsabschnitts; und

15 eine schematische Darstellung eines dritten Designbeispiels einer elektrischen Zahnbürste entlang eines Längsabschnitts;

In Bezug auf die Abbildung aus 2 weist eine Zahnbürste 10 einen Kunststoffkörper mit einem Handstück 12 und einem Kopf 14 auf, der an einem Borstenabschnitt 16 angebracht ist.

Der Körper der Zahnbürste wird durch herkömmliche, im Fach allgemein bekannte Verfahren gestaltet. Das Handstück ist zum Greifen mit einer Hand geformt, wobei es alternativ auch so geformt sein kann, dass es in eine elektrische Zahnbürste passt. Die Konfiguration des Kopfes ist variabel und kann eine rechteckige, eine ovale, eine Rautenform oder jede andere Form aufweisen, und zwar mit flach, V-förmig, gezahnt, konvex gekrümmt oder in jeder anderen gewünschten Topografie zugeschnittenen Borsten. Die Form und die Größe des Handstücks 12 und 14 sind veränderlich, und die Achsen des Handstücks und des Kopfes können in der gleichen oder einer anderen Ebene liegen. Der Borstenabschnitt ist aus einem oder mehreren Büscheln 20 einzelner Borsten ausgebildet, die an dem Kopf durch im Fach bekannte Verfahren angebracht werden, wie zum Beispiel durch Heften oder thermische Büschelbildung.

Der Borstenabschnitt 16 weist eine Mehrzahl gekräuselter Borsten auf. Für Gestaltung der gekräuselten Borsten kann jedes geeignete Material für die Verwendung in Mundbürsten verwendet werden, vorausgesetzt, dass ein bestimmtes Maß der Kräuselung auf das Material angewandt werden kann. Zu den geeigneten Materialien zählen unter anderem Nylon 612, PBT, PVDF, Acetylharze, Polyester, Fluorpolymere, Polyacrylate, Polysulfone und Mischungen dieser. Bevorzugte Materialien können die verliehene Kräuselung während der normalen Anwendung der Mundbürste erhalten bleiben, und wobei sie gekräuselt die gewünschten Steifheitseigenschaften für eine bestimmte Anwendung aufweisen. Die Borsten können PTFE, Kaolin sowie sonstige Füllstoffe oder Zusatzstoffe aufweisen. Die Borsten können jeweils eine Mischung aus Polymeren umfassen, oder es können verschiedene Polymere umfassende Borsten an der gleichen Mundbürste angebracht werden. Wenn die Borsten eine Mischung aus Polymeren umfassen, können die einzelnen Polymere entweder zur Gestaltung einer Phase gemischt werden, oder sie können in verschiedenen Phasen gehalten und gemeinsam in jeder gewünschten Konfiguration extrudiert werden, wie z. B. mit einem Polymer, das eine Umhüllung um ein anderes Polymer bildet (Umhüllung/Kern) oder Seite an Seite bzw. nebeneinander.

Die Borsten weisen im Wesentlichen einheitliche Querschnittsabmessungen zwischen etwa 0,152 mm bis etwa 0,508 mm (etwa 0,006 bis etwa 0,020 Zoll) auf. Vorzugsweise weisen die gekräuselten Borsten einen Härtegrad (ISO 8627) von etwa 2 bis 7 cN/mm² auf.

Wie dies in den Abbildungen der 3 und 3a dargestellt ist, ist die Kräuselung in bevorzugten Ausführungsbeispielen im Wesentlichen sinuskurvenförmig. Die sinuskurvenförmige Kräuselung weist vorzugsweise eine Amplitude von 0,01 bis 1,0 mm und eine Frequenz von 0,5 bis 50 Kräuselungen/cm auf. Wenn die Kräuselung strukturell ist, wie dies in der Abbildung aus 1B dargestellt ist, entspricht die Kräuselungsbreite dem Umkehrwert der Frequenz. Benachbarte Borsten können ausgerichtet werden, so dass die Sinuskurven phasengleich sind (3) oder versetzt, so dass die Sinuskurven phasenversetzt sind (3A), wobei auch jede gewünschte Kombination dieser Konfigurationen möglich ist.

Alternativ kann es sich bei der Kräuselung um eine Oberflächenkräuselung handeln, wie dies in den Abbildungen der 1C und 1D dargestellt ist. In diesem Fall entspricht die Frequenz vorzugsweise 1 bis 50 Kräuselungen/cm, wobei die Breite vorzugsweise zwischen 0,05 bis 2,0 mm liegt, und wobei das Verhältnis der Tiefe der Kräuselung (d) zu dem Durchmesser der Borste (D) zwischen etwa 0,01 und 0,2 liegt. Die Verformungen können einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen, wie dies abgebildet ist, oder sie können halbsphärisch sein oder jede andere gewünschte Art der Verformung vorsehen.

Wie dies in der Abbildung aus 1F dargestellt ist, kann die Kräuselung unterbrochen bzw, absatzweise sein, d. h. die Borste kann gekräuselte Abschnitt und ungekräuselte Abschnitte aufweisen, und zwar in regelmäßigen Intervallen oder mit einer Anordnung in anderer gewünschter Art und Weise. Die geraden Abschnitte können das Einführen der Borsten in Borstenöffnungen in dem Zahnbürstenkopf erleichtern, ohne übermäßiges Ausfächern bzw. Verzweigen der Borsten aufgrund der Kräuselung. Vorzugsweise wird der absatzweise gekräuselte Faden ungefähr in der Mitte der gekräuselten Abschnitte in Borsten geschnitten, und jede Borste wird halbierend gefalzt, so dass der gerade Abschnitt in die Büschelöffnungen in dem Kopf eingeführt werden kann.

Zu den geeigneten Verfahren zum Vorsehen der Kräuselung zählen mechanische, thermische und chemische Verfahren. Kräuselungstechniken sind auf dem Gebiet der allgemeinen Fasergestaltung allgemein bekannt und dazu zählen: Vordrehen der Fäden, erhitzen dieser und danach ausdrehen der Fäden; Kegelradkräuseln, Ansatzziehen, führen der Fäden durch eine Strangpresse und asymmetrisches vergüten der Fäden.

Ein Verfahren zum Kräuseln der Fäden durch Kegelradkräuseln ist in der Abbildung aus 4 dargestellt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Faden 30 durch ein Paar entgegengesetzter Zahnräder 32, 34 geführt, die den Faden kräuseln 36, wie dies in der Textilindustrie allgemein bekannt ist. Der Zwischenabstand zwischen den Zahnrädern kann angepasst werden, um das Ausmaß der realisierten Kräuselung zu regeln. Die Zähne der Zahnräder können regelmäßig oder unregelmäßig sein, abhängig von der gewünschten Regelmäßigkeit der Kräuselung. Ein Zahnrad kann bei Bedarf auch keine Zähne oder unterschiedlich beabstandete Zähne aufweisen.

Die Abbildung aus 5 zeigt ein Verfahren für eine absatzweise Kräuselung. Dieses Verfahren entspricht dem Verfahren aus der Abbildung aus 4, wobei die Zähne der Zahnräder jedoch nicht ununterbrochen sondern unterbrochen sind, d. h. die Zähne sind in Gruppen 38 angeordnet und weisen dazwischen Zwischenräume 40 auf. Folglich weist der aus den Zahnrädern austretende Faden 30 gerade Abschnitte 42 (entsprechend den Zwischenräumen 40) und gekräuselte Abschnitte 44 (entsprechend den Zähnen 38) auf.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung, ohne deren Umfang einzuschränken.

Eine Bürste wurde aus Fäden aus Nylon 612 mit einem Durchmesser von 0,178 mm (0,007 Zoll) mit einer mittleren Frequenz von 5,6 Kräuselungen/Zentimeter und einer mittleren Amplitude von 0,15 mm hergestellt (siehe Tabelle 1 für Messungen einzelner Fäden, auf denen diese Mittelwerte basierten).

Der Härtegrad (getestet gemäß ISO 8627) dieser Bürste war um etwa 20% geringer als der einer vergleichbaren Bürste mit geraden Fäden aus Nylon 612 mit einer Dicke von 0,178 mm (0,007 Zoll) und um etwa 40% niedriger als eine vergleichbare Bürste aus geraden Fäden aus Nylon 612 mit einer Dicke von 0,203 mm (0,008 Zoll) (siehe Tabelle 2).

Bei Bürste mit gekräuselten Fäden aus Nylon 612 mit einem Durchmesser von 0,178 mm (0,007 Zoll) und eine Bürste mit geraden Fäden aus Nylon 612 mit einem Durchmesser von 0,203 mm (0,008 Zoll) gemäß der Beschreibung in dem vorstehenden Beispiel 1 wurden in einer klinischen Studie mit 30 Probanden getestet. Bei der Studie handelt es sich um eine Crossover-Studie, bei den Probanden auf Zufallsbasis eine Bürste zugeteilt wurde. Die Probanden wurden gebeten, sechs Tage lang ihre normale Mundhygiene fortzuführen. Nach Ablauf der sechs Tage unterbrachen die Probanden für 24 Stunden die normale Mundhygiene und besuchten danach eine Zahnklinik. In der Klinik wurde das Plaque unter Verwendung der Turesky-Modifikation des Quigley-Hein-Plaque-Index (siehe Turesky, S., Gilmore N. D., Glickman I., "Reduces Plaque Formation by the Chloromethyl Analogue of Victamine C,", J. Periodont, 41: 41–43 (1970)) vor und nach dem Putzen über einen Zeitraum von einer Minute mit der zugeordneten Bürste beurteilt. Die Mittelwerte für das Plaque insgesamt sind in Tabelle 3 dargestellt. Die Ergebnisse für die Plaque-Entfernung insgesamt (Delta P) zeigten eine Verbesserung um 5,3% für die Bürste mit gekräuselten Borsten, obwohl die Steifheit 40% weniger betrug (siehe Beispiel 1).

Die Zahnbürste kann andere Arten ungekräuselter Borsten in Kombination mit den gekräuselten Borsten aufweisen, wie zum Beispiel Borsten zum Massieren von Zahnfleisch oder herkömmliche gerade Borsten. Die gekräuselten Borsten können in einigen oder in allen Büscheln des Perimeters angeordnet werden, um am Zahnfleisch weiches Material vorzusehen, oder sie können in einigen oder in allen inneren Büscheln vorgesehen sein, um Dichte vorzusehen. Ferner sind vorstehend zwar sinuskurvenförmige Kräuselungen dargestellt, wobei die Borsten aber auch andere Kräuselungsarten aufweisen können, wobei die Kräuselung zum Beispiel eine andere nicht zufällige Form aufweisen kann, wie zum Beispiel rechteckige Wellen, oder eine zufällige Form. Aus Gründen der Erleichterung der Fertigung weisen jedoch alle Borsten der Bürste die gleiche Kräuselungsgeometrie auf.

Bei der Mundbürste bzw. der Bürste für die Mundhygiene muss es sich nicht um eine manuelle Zahnbürste mit einer herkömmlichen Form gemäß der Abbildung aus 1 handeln, vielmehr ist jede andere Bürstenart möglich, die zum Putzen der Zähne gedacht ist und einen Körper mit sich von diesem erstreckenden Borsten aufweist. Zum Beispiel kann es sich bei der Zahnbürste um jede Art von elektrischer Zahnbürste handeln, wie z. B. um eine Zahnbürste 50 mit einem Körper 52, einem Hals 52, einer Antriebswelle 56 und einem Kopf 58, der über ein kleines Zahnrad 60 mit der Antriebswelle 56 verbunden ist, wie dies in der Abbildung aus 6 dargestellt ist. Der Kopf 58 weist eine Mehrzahl gekräuselter Borsten auf sowie eine Mehrzahl ungekräuselter Borsten.

Die Abbildungen der 6A und 6B zeigen Beispiele bevorzugter elektrischer Zahnbürstenköpfe 58a und 58b. Der Kopf 58a (6A) weist eine Mehrzahl von Büscheln gekräuselter Borsten auf, die ein Paar von im Wesentlichen halbkreisförmigen Bürstenabschnitten 62 und 64 definieren, und wobei er ferner eine Mehrzahl von Büscheln 66 ungekräuselter Borsten aufweist, die um die Peripherie des Kopfes angeordnet sind.

Wie dies in den Abbildungen der 6B, 7, 7A und 7B näher dargestellt ist, weit der Kopf 58b eine Anordnung von Büscheln 70 gekräuselter Borsten auf, die sich von einem Körper 68 erstrecken und mit Büscheln 72 und 74 gerader Borsten angeordnet sind, die mit einer Verschleißanzeige gefärbt sind, und mit ungefärbten geraden Borstenbüscheln 76. (Die verschiedenen Büschelarten sind zu Veranschaulichungszwecken in der Abbildung aus 7 schraffiert dargestellt.) Gekräuselte Büschel 70 und gerade, gefärbte Büschel 72 bilden das innere Büschelfeld, während die geraden, gefärbten Büschel 74 und die geraden, ungefärbten Büschel 76 die äußere Büschelreihe bilden. Wie dies aus den Abbildungen der 7A und 7B dargestellt ist, sind die äußeren, geraden, gefärbten Büschel 74 um ein Stück x von etwa 0,7 Millimetern länger als die anderen Büschel des Kopfes, und sie weisen eine freiliegende Länge y von insgesamt etwa 8,2 Millimetern auf. Der Durchmesser D₀ des äußeren Büschelrings entspricht vorzugsweise etwa 10,2 Millimetern, so dass er einer kennzeichnenden Breite eines Zahns entspricht. Bei dieser Konfiguration weisen die einzelnen gekräuselten Borsten der Büschel 70 etwa 18 Kräuselungen je Zoll (7 Kräuselungen/Zentimeter) auf, mit einer Kräuselungsamplitude von etwa 0,0035 Zoll (0,09 Millimeter). Vorzugsweise weisen die Büschel 70 jeweils etwa 46 Borsten auf, während die Büschel 72 und 74 jeweils etwa 52 Borsten aufweisen, und wobei die Büschel 76 jeweils etwa 54 Borsten aufweisen. Viele andere Anordnungen gekräuselter und ungekräuselter Borsten können ebenfalls verwendet werden, wie dies für den Fachmann erkennbar ist.

Die Borstenbüschel sind in den vorstehenden Abbildungen zwar mit einer allgemein zylindrischen Form dargestellt, wobei die Büschel aus strukturell gekräuselten Borsten allerdings zu einer konischeren Form neigen, wie dies in der Abbildung aus 8 dargestellt ist. Aufgrund der Verformungen der strukturell gekräuselten Borsten, im Besonderen nahe dem Körper 68 des Kopfs, neigen einzeln gekräuselte Borsten 78 des Büschels dazu, voneinander weggehend entfächert zu sein, so dass das Büschel insgesamt eine konische Form annimmt, die von einem Durchmesser d₁ an der Basis des Büschels zu einem Durchmesser d₂ an der Oberseite des Büschels zunimmt, wobei die Achsen der einzeln gekräuselten Borsten weniger parallel sind als in Büscheln gerader Borsten. Ein Vorteil dieses Effekts ist es, dass das gekräuselte Büschel betrachtet von dem distalen Ende mehr Raum in Anspruch nimmt, was der Bürste ein volleres, dichteres Erscheinungsbild verleiht. Aufgrund der Aufweitung der Borsten und der axialen Wellungen der einzelnen, strukturell gekräuselten Borsten, sind die Borsten ferner jeweils an ihren äußersten distalen Spitzen in verschiedene Richtungen gerichtet. er Vorteil dieser Ausrichtung der Spitzen in mehrere Richtungen wird nachstehend im Text erläutert.

Ein weiterer Vorteil der Kombination aus gekräuselten Büscheln und geraden Büscheln wird durch einen Vergleich der Abbildungen der 9A und 9B veranschaulicht. In jeder dieser Abbildungen sind zwei benachbarte Borstenbüschel abgebildet, die mit einer Kraft, die allgemein in Richtung der Borsten ausgeübt wird gegen die Oberfläche eines Zahns 80 belastet (d. h. mit normaler Belastung). In der Abbildung aus 9A weisen beide Büschel 82 und 84 gerade Borsten auf. An der geladenen Position erstreckt sich das Büschel 82 gemäß der Abbildung in den Zwischenraum 86 zwischen dem Zahn 80 und einem benachbarten Zahn 81. Die distalen Enden des Büschels 84 werden jedoch direkt gegen die Oberfläche des Zahns 80 geladen, wodurch bewirkt wird, dass das Büschel 84 in Richtung des Büschels 82 gebogen wird. Aufgrund der engen räumlichen Abstände und der identischen Struktur aller Borsten in dem Büschel 84 und aufgrund der Tatsache, dass ihre distalen Enden dazu neigen, den Zahn 800 allgemein in dem gleichen Bereich zu berühren, neigen die Borsten dazu, in die gleiche Richtung gebogen zu werden, wobei äußere Abschnitte einiger Borsten entlang der Oberfläche eines Zahns liegen, gegen den sie wiederum durch äußere Abschnitte anderer Borsten gedrückt werden. Der Reineffekt ist es, dass die distalen Enden einiger der Borsten des Büschels 84 mehr belastet sind als andere, wodurch deren Abnutzungstendenz zunimmt.

In der Abbildung aus 9B wurde das Büschel 84 aus 9A durch ein Büschel 88 strukturell gekräuselter Borsten ersetzt. Da die Achsen der gekräuselten Borsten des Büschels 88 deutlich weniger parallel sind als sie Achsen der geraden Borsten in einem Büschel, und aufgrund der Ausrichtung der distalen Borstenspitzen in mehrere Richtungen gemäß der vorstehenden Beschreibung, neigen die gekräuselten Borsten des Büschels 88 dazu, sich in verschiedene Richtungen aufzuweiten, wenn sie direkt gegen die Zahnoberfläche belastet werden. Die Endstücke der Borsten des Büschels 88 neigen somit dazu, sich so zu erstrecken, dass sie einen größeren Oberflächenbereich des Zahns abdecken, wobei sie in einem gewissen Ausmaß ein weiteres Büschel gekräuselter Borsten überlappen, wobei dies in gestrichelten Linien dargestellt ist. Ferner existiert die geringere Tendenz, dass das aufgeweitete, gekräuselte Büschel 88 gegen das äußere Büschel 82 drückt und dieses ablenkt als das gebogene, gerade Büschel 84 aus 9A. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Struktur des Büschels 88 ist dessen Widerstand in Bezug auf einen Versatz bei einer Belastung direkt gegen eine Zahnoberfläche tendentiell niedriger als bei typischen Büscheln gerader Borsten, was bei der gleichen ausgeübten Belastung zu einer größeren Ablenkung und somit höheren Penetration des benachbarten geraden Büschels 82 in den Zwischenraum 86 führen kann.

In Verbindung mit einer handelsüblichen elektrischen Zahnbürste wurden unter Verwendung eines Bürstenkopfes 58b aus 6B simulierte Abnutzungstests durchgeführt. Nach einem Äquivalent eines 20-wöchigen Zeitraums des normalen Zähneputzens offenbarte der Bürstenkopf mit gekräuselten Büscheln 70 eine schwächere Abnutzung als ein identischer Kopf mit normalen geraden Büscheln an Stelle der Büschel 70. Der Verschleißindex (ein zur Quantifizierung derartiger Verschleißtests verwendeter Parameter) reduzierte sich von 32 Prozent (mit allen geraden Borsten) auf 25 Prozent (in Verbindung mit der Konfiguration aus der Abbildung aus 6B).

Auf diese Weise können effektiv weichere Borstenbüschel mit effektiv steiferen Büscheln kombiniert werden, wobei die Borsten aller Büschel etwa den gleichen Durchmesser aufweisen, wie zum Beispiel 0,00625 Zoll (0,16 Millimeter). Das Verfahren der Endabrundung wird dadurch unterstützt, dass alle Borsten etwa den gleichen Durchmesser aufweisen, wobei die distalen Enden aller Borsten bei diesem Verfahren nach der Montage für ein angenehmes Gefühl abgerundet werden.

In-Vitro-Tests zur Plaque-Entfernung wurden durchgeführt, um die Plaque-Entfernungseigenschaften elektrischer Zahnbürsten mit Bürstenköpfen mit und ohne Büschel mit gekräuselten Borsten zu vergleichen. Bürsten mit inneren Feldern mit gekräuselten Borsten demonstrierten deutlich bessere Plaque-Entfernungseigenschaften. In den Tests offenbarten sich etwa Vorteile gekräuselter Borsten in Bezug auf die verschlossenen Oberflächen (d. h. Beißoberflächen) der Backenzähne und der vorderen Backenzähne, wobei die verschlossene Fissur deutlich erkennbar besser penetriert werden konnte. An den backen- und zungenseitigen Seiten der Zähne offenbarten die Bürstenköpfe mit gekräuselten Borsten eine erhöhte Bürstwirkung in den Zahnzwischenräumen, und zwar offensichtlich aufgrund der verbesserten Penetration der äußeren, längeren Borstenbüschel gemäß der Abbildung aus 9B.

Dir vorstehende Konfiguration der Borstenbüschel weist spezielle Vorteile in einem Borstenkopf auf (z. B. dem Kopf 58b aus 6B), der gegen eine Zahnoberfläche in einer zyklischen Bewegung zu einer Oberfläche des Zahns hin und von dieser weg bewegt wird (d. h. in Richtung der Borsten) sowie in einer Drehbewegung. In Bezug auf die Abbildung aus 10 weit ein Bürstenkopf 90 äußere Büschel 92 gerader Borsten auf und innere Büschel 94 gekräuselter Borsten. (Zu Veranschaulichungszwecken sind alle Büschel schematisch dargestellt). Aufgrund des Abstands zwischen entgegengesetzten äußeren Büscheln 92 sind die äußeren Büschel so dargestellt, dass sie grob mit angrenzenden Zwischenräumen 86 und 96 zwischen benachbarten Zähnen 80 und 81 bzw. 80 und 83 ausgerichtet sind. Während der Bürstenkopf 90 in Richtung eines Zahns 80 und von einem Zahn weg zyklisch bewegt wird (wie dies durch den Pfeil 98 dargestellt ist), werden gekräuselte Büschel 94 im Wesentlichen direkt gegen die Oberfläche des Zahns 80 belastet, und gerade Büschel 92 erstrecken sich in die Zwischenräume 86 und 96. Wie dies vorstehend in Bezug auf die Abbildung aus 8B erörtert worden ist, bewirkt diese Belastung eine Aufweitung nach außen der gekräuselten Büschel 94. Bei einer derartigen zyklischen Aufweitung erstrecken sich die distalen Enden der Borsten der Büschel 94 entlang der Oberfläche des Zahns 80 und zwischen dem Zahn 80 und benachbartem Zahnfleisch, wobei sie sich auch dort entlang zurückziehen, um dadurch das Lösen und Entfernen von Rückständen zu unterstützen.

Wenn eine derartige Bürstbewegung durch eine elektrische Zahnbürste vorgesehen wird, unterstützt die niedrige effektive Steifheit der gekräuselten inneren Büschel die Absorption der zyklischen Belastung zwischen der Zahnoberfläche und dem Handstück der Zahnbürste, so dass eine Tendenz besteht, der Hand des Benutzers eine weniger unangenehme Vibration zu vermitteln. Die Abbildungen der 11 bis 15 zeigen ein Beispiel einer für die vorliegende Erfindung geeigneten elektrischen Zahnbürste, wobei dieses Beispiel nachstehend im Text beschrieben wird.

Die Abbildungen der 11 bis 13 zeigen ein erstes Designbeispiel für eine elektrische Zahnbürste 100 zum Säubern der Zähne eines Benutzers sowie zum Entfernen von Plaque von Zahnoberflächen.

Die elektrische Zahnbürste weist ein grob zylindrisches, elongiertes Handstück 102 auf. Die Bürstenbefestigung 104, die selbst eine grob zylindrische, elongierte Form aufweist, kann an dem Handstück 102 angebracht werden. Der Durchmesser des Handstücks wird so ausgewählt, dass ein Benutzer die elektrische Zahnbürste über das Handstück sicher in der eigenen Hand halten kann. Der Durchmesser der Bürstenbefestigung 104 ist kleiner als der Durchmesser des Handstücks, um eine leichte Einführung der Bürstenbefestigung in den Mund eines Benutzers zu ermöglichen.

An dem freien Ende der Bürstenbefestigung 104 steht eine Mehrzahl von Borsten 106 von dem Borstenkopf vor, was zur Säuberung der Zähne eines Benutzers dient.

Das Handstück 102 weist ein Gehäuse 108 auf, das einen Rahmen 110 umfasst. Der Rahmen ist lang gestreckt und teilweise zylindrisch und erstreckt sich nahezu über die gesamte Länge des Gehäuses und somit des Handstücks. Der Rahmen 110 wird an dessen zu der Bürstenbefestigung 104 gerichteten Ende durch Polster 112 aus Kunststoff oder Gummi oder einem ähnlichen Material elastisch an der Verwendungsposition in dem Gehäuse 108 gehalten.

An dem Rahmen 110 angebracht sind ein Elektromotor 114, eine Batterie 116 und weitere elektronische Komponenten, wie etwa eine Ladespule 118 und dergleichen. Diese Komponenten sind in der Längsrichtung des Handstücks 102 hintereinander angeordnet. Ebenfalls an dem Arm angebracht ist ein Schwingarm 120, der sich um eine Spindel 122 drehen kann. Der Schwingarm und die Spindel sind in dem Abschnitt des Handstücks 102 angeordnet, der zu der Bürstenbefestigung 104 ausgerichtet ist. Ein Teil des Schwingarms 120 steht von dem Handstück 102 vor.

Der Schwingarm 120 weist eine Röhre 124, einen Ausleger 126 und zwei Trägerstäbe 128 und 130 auf. Die Röhre 124 des Schwingarms 120 erstreckt sich durch eine Öffnung 132 in dem Ende des Handstücks 102, ausgerichtet zu der Bürstenbefestigung 104, und steht von dem Handstück vor. Zwischen der Röhre 124 und dem Gehäuse 108 des Handstücks befindet sich eine ringförmige Membran 134 aus Kunststoff, Gummi oder einem anderen Material, wodurch sich die Röhre 124 elastisch von dem Handstück erstreckt. Eine Klammer 136 hält und sichert die Röhre in dem Gehäuse, wobei die Klammer die Membran ringförmig umgibt.

Zumindest der Teil der Röhre 124, der sich von dem Handstück 102 erstreckt, weist einen auf der Außenseite mit einem Profil versehenen Querschnitt auf. An diesem vorstehenden Teil der Röhre kann die Bürstenbefestigung 104 angebracht werden. An dem zu dem Handstück ausgerichteten Ende weist die Bürstenbefestigung einen Querschnitt auf, der an der Innenseite ein Profil aufweist, das mit der äußeren Kontur der Röhre 124 zusammenpasst. Die zusammenpassenden Konturen werden derart ausgebildet, dass die Bürstenbefestigung an dem Handstück nur in einer Winkelstellung angebracht werden kann. Die Kontur kann zum Beispiel eine sternförmige, eine dreieckige oder eine ähnliche Konfiguration aufweisen.

Bei einer Anbringung an der Röhre 124 des Schwingarms 120 wird die Bürstenbefestigung 104 zu einem integralen Bestandteil des Schwingarms.

In der Röhre 124 befindet sich ein Schaft 138, der drehbar an einem Ende, dem freien Ende der Röhre angebracht ist, und an dem anderen Ende an dem Trägerstab von dem Handstück 102 vorsteht. Der Schaft 138 erstreckt sich grob in die Längsrichtung des Handstücks und der Bürstenbefestigung 104 und definiert eine Achse 140. Der Schaft bildet eine weitere Komponente der Schwingarmeinheit 120. Der Schaft steht von der Röhre 124 vor, wo diese an dem freien Ende außen eine Kontur aufweist.

Die Achse der Spindel 122 des Schwingarms 120 und die Achse 140 des Schafts 138 erstrecken sich ungefähr senkrecht zueinander.

Die Röhre 124 des Schwingarms 120 nimmt die Bürstenbefestigung 104 auf. Die Bürstenbefestigung ist mit einer Trägerröhre 142 versehen, in welcher ein Bürstenschaft 144 drehbar angebracht ist. Wenn die Bürstenbefestigung angebracht ist, ist der Bürstenschaft 144 konzentrisch mit der Achse 140. An dem zu dem Handstück 102 ausgerichteten Ende weist der Bürstenschaft eine Aussparung 146 auf. Diese Aussparung weist einen Querschnitt mit einer inneren Kontur auf, die der äußeren Kontur des Schafts 138 entspricht, der aus der Röhre 124 vorsteht. Die zusammenpassenden Konturen sind so konfiguriert, dass der Schaft 138 an verschiedenen Winkelpositionen in die Aussparung 146 eingeführt werden kann. Die Kontur kann zum Beispiel rechteckig sein.

Das freie Ende der Trägerröhre 142 und somit das freie Ende der Bürstenbefestigung 104 hält eine Aufnahmeeinrichtung 148, in der sich ein Borstenkopf 150 mit Borsten 106 befindet. Der Borstenkopf 150 ist scheibenförmig und kann sich um einen Stift 152 drehen. Der Stift 152 erstreckt sich durch die Mitte der Scheibe des Borstenkopfes. Die Borsten 106 erstrecken sich von dem Borstenkopf weggehend ungefähr parallel zu dem Stift 152.

Der Stift 152 des Borstenkopfes 150 erstreckt sich ungefähr senkrecht zu der Achse 140 des Schafts 138 und ungefähr senkrecht zu der Spindel 122 des Schwingarms 120.

Durch zwei Kegelradsegmente 154 und 156 kann eine alternierende Drehbewegung des Bürstenschafts 144 um die Achse 140 in eine alternierende Drehbewegung des Borstenkopfs 150 um den Stift 152 umgesetzt werden.

Hiermit wird festgestellt, dass eine derartige Umsetzung der alternierenden Drehbewegung von dem Bürstenschaft 144 auf den Borstenkopf 150 auch auf andere Art und Weise erreicht werden kann. Zum Beispiel kann diese Umsetzung gemäß dem vorstehend bereits genannten Stand der Technik gemäß der Beschreibung in der internationalen Patentanmeldung WO 94/12121 A1 ausgeführt werden, wie dies in den Abbildungen der 1 und 7 dieses Dokuments speziell dargestellt ist.

Zwischen dem Schwingarm 120 und dem Elektromotor 114 weist das Handstück ein vierseitiges Verbindungsglied 158 auf. Bei einer diesbezüglichen Adaption weist der Elektromotor 114 eine Motorwelle 160 auf, die sich ungefähr parallel zu der Achse 140 des Schafts 138 erstreckt und von dem Elektromotor in Richtung des Schwingarms 120 vorsteht. Drehbar an der Motorwelle angebracht ist ein kleines Zahnrad 162, das mit einem Stirnradgetriebe 164 eingreift. Das Stirnradgetriebe 164 ist drehbar an einer Welle 166 angebracht, die sich ungefähr parallel zu der Motorwelle 160 erstreckt. Ein Ansatz 168, der in einem Trägerstab 170 positioniert ist, der durch den Elektromotor gehalten wird, erstreckt sich von dem Stirnradgetriebe 164 konzentrisch zu der Welle 166.

Auf der Seite des Stirnradgetriebes 164 entgegengesetzt zu dem Ansatz 168 ist eine Antriebskurbel 172 an dem Stirnradgetriebe angebracht, die sich im Wesentlichen parallel, jedoch um ein Stück versetzt zu dem Schaft 166 erstreckt.

Die Kurbel ist auch drehbar in dem Trägerstab 130 des Schwingarms 120 durch einen Verbinder 174 und einen Zapfen 176 angebracht. Der Zapfen 176 ist konzentrisch zu dem Schaft 166.

Eine Verbindungsstange 178 ist drehbar an der Kurbel 172 angebracht. Wie dies im Besonderen aus der Abbildung aus 12 ersichtlich ist, wird die Verbindungsstange 178 durch einen Stift 182 drehbar mit einer Kurbel 180 verbunden. Zwischen der Röhre 124 und dem Trägerstab 128 ist die Kurbel 180 an dem Schaft 138 des Schwingarms befestigt.

Ein Kugellager 184 ist an einer Motorwelle 160 des Elektromotors angebracht. Das Kugellager weist einen exzentrischen inneren Laufring 186 und einen konzentrischen äußeren Laufring 188 auf. Durch den exzentrischen inneren Laufring 186 wird das Kugellager 184 an der Motorwelle angebracht. Der exzentrische innere Laufring dient somit als Gegengewicht. Der konzentrische äußere Laufring 188 befindet sich in Kontakt mit dem freien Ende des Auslegers 126 des Schwingarms 120.

Wie dies speziell aus der Abbildung aus 13 ersichtlich ist, ist der Rahmen 110 mit Öffnungen 190 und 192 versehen, die eine Blattfeder 194 durch deren freie Enden an der Verwendungsposition halten. Die Blattfeder 194 ist derart positioniert, dass sie an dem Ausleger 126 des Schwingarms 120 lagert und diesen gegen den äußeren Laufring 188 des Kugellagers 184 drückt. Der Druck, mit dem die Blattfeder den Ausleger gegen das Kugellager drückt, ist eine Funktion der Elastizitätskonstante der Blattfeder 194.

Wenn die elektrische Zahnbürste 100 aus den Abbildungen der 11 bis 13 eingeschaltet wird, wird die Motorwelle 160 des Elektromotors 114 in eine Drehbewegung versetzt. Durch das vierseitige Verbindungsglied 158 wird diese ununterbrochene Rotation in eine alternierende Drehbewegung der Welle 138 um die Achse 140 umgesetzt. Wenn die Bürstenbefestigung 104 angebracht wird, wird diese alternierende Drehbewegung über die Kegelradsegmente 154 und 156 auf den Borstenkopf 150 übertragen, wodurch wiederum eine alternierende Drehbewegung 196 um den Stift 152 bewirkt wird. Der Borstenkopf dreht sich in einer alternierenden Drehbewegung innerhalb eines Rotationswinkels im Bereich von zwischen etwa ±15° und ±40°. Der Bewegungsweg kann insgesamt somit zwischen etwa 30° und 80° liegen. Vorzugsweise liegt der Bereich des Rotationswinkels bei etwa ±30 Grad, und wobei die Gesamtbewegung somit etwa 60 Grad beträgt. Rotationswinkel von bis zu etwa ±90° sind jedoch absolut realisierbar.

Die Frequenz der alternierenden Drehbewegung 196 des Borstenkopfs 150 kann zwischen etwa 50 Hz und etwa 80 Hz liegen. Vorzugsweise beträgt die Frequenz etwa 63 Hz.

Wenn sich die elektrische Zahnbürste 100 in einem Betriebsmodus befindet, dreht sich die Motorwelle 160 des Elektromotors ununterbrochen, wie dies bereits vorstehend im Text erwähnt worden ist. Das ganze Kugellager 184 vibriert aufgrund dessen exzentrischen inneren Laufrings 186. Der innere Laufring 186 dient somit der Erzeugung der Vibration. Der durch die Blattfeder 194 gegen den äußeren Laufring 188 des Kugellagers gedrückte Ausleger 126 überträgt diese Vibration auf den Schwingarm 120. Als Folge dessen wird der Schwingarm in eine vibrierende Drehbewegung um die Achse 122 versetzt.

Wie dies bereits vorstehend im Text erwähnt worden ist, bildet die Bürstenbefestigung 104, wenn sie angebracht ist, einen integralen Bestandteil des Schwingarms 120. In der Folge wird die Bürstenbefestigung gemeinsam mit dem Borstenkopf 150 in vibrierende, drehende Bewegung um die Achse 122 versetzt.

Da die Achse 122 ungefähr in einem rechten Winkel zu dem Stift 152 ausgerichtet ist, folgt der Borstenkopf einer hin- und hergehenden Hubbewegung 198 in eine Richtung, die im Wesentlichen parallel zu dem Stift 152 ist. Diese im Wesentlichen parallele Ausrichtung der Borsten 106 und des Stifts 152 bewirkt letztlich, dass die Borsten eine stochernde Aktion in die Richtung bewirken, in die sich die Borsten erstrecken.

Die Bewegung des sich hin- und herbewegenden Hubs 198 des Borstenkopfs 150 und somit die stochernde Aktion der Borsten 106 kann über eine Strecke verlaufen, die zwischen etwa ±0,02 mm und etwa ±0,2 mm liegen kann, wobei die Bewegung insgesamt zwischen etwa 0,04 mm und etwa 0,4 mm liegt. Vorzugsweise erfolgt diese Bewegung des Hubs 198 in jede Richtung um etwa ±0,05 mm, und wobei die Bewegung insgesamt somit etwa 0,1 mm entspricht.

Die Frequenz der Vor- und Zurückbewegung, d. h. des reziproken Hubs 198 des Borstenkopfs 150 und somit die stochernde Aktion der Borsten 106 kann zwischen etwa 130 Hz und etwa 200 Hz liegen, und wobei sie vorzugsweise etwa 164 Hz beträgt. Die Frequenz der reziproken Hubbewegung ist somit höher und vorzugsweise deutlich höher als die Frequenz der alternierenden Drehbewegung 196.

Die Drehbewegung 196 und die Hubbewegung 198 des Borstenkopfes 150 werden beide durch den Elektromotor 114 erzeugt. Die Frequenz des hin- und hergehenden Hubs 198 des Borstenkopfs entspricht direkt der Drehzahl des Elektromotors. Die Frequenz der alternierenden Drehbewegung 196 des Borstenkopfes wird jedoch durch die Drehzahl des Elektromotors bestimmt, moduliert durch ein vierseitiges Verbindungsglied 158.

Demgemäß handelt es sich bei dem Frequenzverhältnis der alternierenden Drehbewegung zu dem der reziproken Hubbewegung um einen endlichen Wert, einen periodischen Bruch oder einen nicht periodischen Bruch.

Wenn die elektrische Zahnbürste 100 zum Säubern der Zähne des Benutzers eingeschaltet wird, führt der Benutzer die Borsten 106 an seine Zahnoberflächen. Als Folge dessen wirkt eine bestimmte Kraft auf die Borsten, wie dies in der Abbildung aus 11 durch den Pfeil 200 angezeigt ist.

Wie dies bereits erläutert worden ist, wird der Ausleger 126 des Schwingarms 120 durch die Blattfeder 194 gegen den äußeren Laufring 188 des Kugellagers 184 gedrückt. Der Ausleger drückt auch gegen die Seite des Kugellagers, an der der Borstenkopf 150 angeordnet ist. Wenn der Benutzer jetzt eine Kraft 200 auf die Borsten des Borstenkopfs ausübt, die einen bestimmten Wert überschreitet, so wird der Ausleger 126 als Folge dessen von dem äußeren Laufring 188 des Kugellagers gegen die Federwirkung der Blattfeder 194 angehoben. Die durch das Kugellager erzeugte Vibration wird somit nicht mehr auf den Schwingarm übertragen und folglich auch nicht mehr auf den Borstenkopf und die Borsten. Wenn eine Kraft 200 anders ausgedrückt einen bestimmten Wert überschreitet, so wird durch das Zurückziehen des Auslegers 126 von dem Kugellager 184 die reziproke Hubbewegung 198 des Borstenkopfes abgeschaltet, und damit auch die stochernde Aktion der Borsten.

Der spezifische Druckwert der Kraft 200, mit der der Ausleger 126 von dem Kugellager 184 angehoben wird, kann durch die Auswahl der entsprechenden Elastizitätskonstante der Blattfeder 194 vorbestimmt werden. Je höher die Elastizitätskonstante ist, desto stärker ist die Kraft, mit der die Blattfeder den Ausleger gegen das Kugellager drückt, und desto größer ist die erforderliche Kraft zum Anheben des Auslegers von dem Kugellager.

Der spezifische Kraftwert 200 kann im Bereich von etwa 1,5 Newton bis etwa 4,0 Newton liegen und wird vorzugsweise bei etwa 2,0 Newton gehalten.

Zusätzlich oder alternativ können mechanische Vorrichtungen vorgesehen werden, die dazu dienen, den Ausleger 126 des Schwingarms 120 von dem äußeren Laufring 188 des Kugellagers 184 anzuheben. Vorrichtungen dieser Art ermöglichen das Abschalten der hin- und hergehenden Hubbewegung 198 des Borstenkopfs 150 uns somit der stochernden Aktion der Borsten unabhängig von der Kraft 200, mit der der Benutzer die Borsten gegen die eigenen Zahnoberflächen drückt. Bei einer derartigen Vorrichtung kann es sich zum Beispiel um einen Hebel handeln, der durch den Benutzer betätigt wird und der den Ausleger 126 von dem Kugellager anhebt. Dies gibt dem Benutzer die Option, die hin- und hergehende Hubbewegung des Borstenkopfs nach eigenem Belieben zu aktivieren und zu deaktivieren. Die Abbildung aus 14 veranschaulicht ein zweites Designbeispiel einer elektrischen Zahnbürste 202, die in Bezug auf ihre Konfiguration und Funktion der elektrischen Zahnbürste 100 aus den Abbildungen der 11 bis 13 sehr ähnlich ist. Der Unterschied liegt in dem Ansatz zur Erzeugung der Vibration des Schwingarms 120, die in der elektrischen Zahnbürste aus 14 nicht durch ein Kugellager mit einem exzentrischen inneren Laufrings bewirkt wird. Somit werden in der Folge nur die Komponenten beschrieben, die sich von denen der elektrischen Zahnbürste 100 unterscheiden. Übereinstimmende Komponenten sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

In der elektrischen Zahnbürste 202 aus der Abbildung aus 4 wird die Vibration durch ein exzentrisches Element 244 erzeugt, das an einer festen Position an der Motorwelle 160 des Elektromotors 114 angebracht ist. Das exzentrische Element kann in Form eines Rads oder eines ähnlichen Elements vorgesehen sein, das entweder versetzt angeordnet ist oder einen exzentrischen Umfang darstellt. Das freie Ende des Auslegers 126 des Schwingarms 120 ist mit einer Drehwalze 206 versehen, die an einer Spindel 208 angebracht ist, die sich ungefähr parallel zu der Motorwelle 160 erstreckt. Die Walze 206 lagert an dem exzentrischen Element 204 und dreht sich mit ihrem Umfang entlang dem Umfang des exzentrischen Elements, wenn sich die Motorwelle dreht. Wenn sich die elektrische Zahnbürste 202 in einem Betriebsmodus befindet, wird der Schwingarm 120 folglich durch das exzentrische Element 204 und die daran vorgesehene sich drehende Walze 206 vibriert. Diese Vibration wird auf den Borstenkopf 150 übertragen, wo sie die hin- und hergehende Hubbewegung 198 erzeugt, wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist.

Als Alternative zu der Walze 206 kann ein Führungsschuh vorgesehen werden, der entlang dem Umfang des exzentrischen Elements 204 gleitet.

Ein weiterer Ansatz umfasst den Einsatz eines Kugellagers 184 gemäß den Abbildungen der 11 bis 13, wobei sich eine Walze 206 aus 14 in Kontakt mit dem äußeren Laufring des Kugellagers befindet und entlang dessen Umfang läuft.

Gemäß einem weiteren zusätzlichen oder alternativen Ansatz ist der äußere Laufring 188 des Kugellagers 184 nicht konzentrisch, wie dies in den Abbildungen der 11 bis 13 dargestellt ist, vielmehr ist er exzentrisch. In Kombination mit der Walze 206 erzeugt dies eine Vibration, bei der es sich um eine Kombination der von dem exzentrischen inneren Laufring 186 abgeleiteten Vibration und der durch den exzentrischen äußeren Laufring erzeugten Vibration handelt.

Eine weitere mögliche Alternative ist der Einsatz eines exzentrischen Rads an Stelle der Walze 206, angebracht an dem Ausleger 126, wie dies in der Abbildung aus 14 dargestellt ist. Zu diesem Zweck ist das Rad entweder mittenversetzt angebracht oder weist einen exzentrischen Umfang auf. In diesem Fall ist es erforderlich, das Rad mit einer anderen Komponente auszustatten, die an der Motorwelle 160 des Elektromotors 114 angebracht wird. Das exzentrische Rad lagert direkt an der Motorwelle und dreht sich mit der Rotation der Motorwelle.

Aufgrund der exzentrischen Form des Rads wird der Schwingarm 120 in Vibrationsbewegung versetzt, die wiederum die hin- und hergehende Hubbewegung 198 des Borstenkopfes 150 erzeugt und damit verbunden die stochernde Aktion der Borsten.

Die Abbildung aus 15 veranschaulicht ein drittes Designbeispiel einer elektrischen Zahnbürste 210, die in Bezug auf ihren strukturellen Aufbau und die Funktion der elektrischen Zahnbürste 100 aus den Abbildungen der 11 bis 13 sehr ähnlich ist. Der einzige Unterschied ist die Position des Auslegers 126 des Schwingarms 12, wobei die elektrische Zahnbürste 210 aus 15 sich nicht auf der gleichen Seite des Schafts 138 wie der Borstenkopf 150 befindet. Somit werden in der Folge nur die Komponenten beschrieben, die sich von denen der elektrischen Zahnbürste 100 unterscheiden. Übereinstimmende Komponenten sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

In der elektrischen Zahnbürste 210 aus 15 lagert der Ausleger 126 des Schwingarms 120 an dem äußeren Laufring 188 des Kugellagers 184 auf der Seite, die entgegengesetzt zu dem Borstenkopf 150 angeordnet ist. Als Folge dessen befindet sich der Ausleger stets in einem Zustand, in dem die Blattfeder 194 gegen das Kugellager drückt. Eine auf die Borsten 106 ausgeübte Kraft 200 hebt den Ausleger nicht von dem Kugellager an. In diesem Fall dient die Blattfeder 194 lediglich der anfänglichen Federspannung. Die hin- und hergehende Hubbewegung 198 des Borstenkopfes 150 und folglich die stochernde Aktion der Borsten bleiben unabhängig von jeder Kraft 200 wirksam.

Aus Platzgründen ist es im Falle der elektrischen Zahnbürste 210 aus 15 erforderlich, das vierseitige Verbindungsglied 158 an der anderen Seite des Schwingarms 120 im Verhältnis zu der elektrischen Zahnbürste 100 aus den Abbildungen der 11 bis 13 zu positionieren.

Als weitere mögliche Alternative werden die Vibration und damit verbunden die hin- und hergehende Hubbewegung 198 des Borstenkopfes nicht wie in den anderen Abbildungen durch einen Elektromotor 114 vorgesehen, sondern durch ein unabhängiges Antriebssystem. Als Folge dessen sind die Frequenz der reziproken Hubbewegung 198 des Borstenkopfs und die Frequenz der stochernden Aktion der Borsten unabhängig von der Frequenz der alternierenden Drehbewegung 196 des Borstenkopfs. Das separate Antriebssystem für die Hubbewegung 198 kann zum Beispiel ein zweiter Elektromotor oder ein elektromagnetischer Oszillator oder ein piezoelektrisches Stellglied sein.