專利名稱：采用聲波導(dǎo)波管的口腔衛(wèi)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及口腔衛(wèi)生裝置的領(lǐng)域，并且更具體而言涉及采用聲波和/或超 聲波聲學(xué)機構(gòu)的口腔衛(wèi)生裝置，例如牙刷。相關(guān)技術(shù)的簡要介紹即使最有效的現(xiàn)存的電動牙刷在齒-對-齒的接觸表面上，在齒齦_齒的接觸點 上，在牙齦下面和刷毛或其它牙刷構(gòu)件直接到達的范圍之外的地方都會留下臨床顯著的 牙菌斑。許多利用聲波和/或超聲波機構(gòu)的口腔衛(wèi)生裝置在本領(lǐng)域中是已知的。之前在 牙刷中利用超聲波聲能的努力都未能利用牙齒流體中形成的微泡，以用于促進除去牙菌 斑的目的，或未能考慮微泡和宏泡可能阻礙刷毛頂端范圍之外的超聲傳播。某些采用超聲技術(shù)的牙刷試圖實現(xiàn)超聲波從刷毛底部穿過刷毛本身或穿過發(fā) 泡的牙齒流體的傳播，發(fā)泡的牙齒流體填充刷毛之間的空間。例如，Bock的美國專利 No.5,138,733和5,546,624公開了一種超聲波牙刷，其具有手柄、電池組、電子驅(qū)動模 塊、壓電部件和可拆卸的牙刷頭。Bock的美國專利No.5,247,716和5,369,831公開了一 種用于超聲波牙刷的可拆卸的牙刷頭，其具有多個刷毛束，由柔性材料構(gòu)成的基本管狀 的主體，以及將牙刷頭固定在超聲波裝置上的張緊器件，從而有效地通過牙刷頭從裝置 中傳送超聲波頻率振蕩。因為傳統(tǒng)的牙刷毛和發(fā)泡的牙齒流體可能降低而非促進超聲波 的傳播，所以這些參考專利中所公開的牙刷不能取得有效的超聲波的傳播。另外，當(dāng)前 技術(shù)的牙刷中的超聲系統(tǒng)并不利用牙齒流體中的特殊的泡沫結(jié)構(gòu)。Parisi的美國專利No.3,335,443公開了一種牙刷，其聯(lián)接在一種能夠在較高 的聲波和超聲波頻率下振蕩的超聲波振動手持式牙科器材上。Andress的美國專利 No.4,071,956公開了一種不是牙刷的裝置，其通過超聲波振蕩而用于去除牙菌斑。作為美國專利No.RE 28,752而重新發(fā)布的Balamuth等人的美國專利 No.3,809,977,其公開了一種超聲波成套器具，超聲波電動機構(gòu)造，和超聲波變壓器設(shè) 計，以供單獨或組合使用。這種超聲波電動機可以是具有可拆卸的頂端的壓電材料，并 可包含在具有電接觸器件的外殼中，該電接觸器件適合于插入到連接在變壓器上的適配 器中。Balamuth等人的美國專利No.3,840,932和No.3,941,424公開了一種超聲波牙刷器 具，其配置成可發(fā)生超聲波振蕩，從而將機械振蕩從一端傳送到定位在另一端的刷毛元 件上。Kuris等人的美國專利No.3,828,770公開了一種利用在聲波頻率下重復(fù)的超聲波 機械振蕩突發(fā)，以便在使用期間產(chǎn)生超聲波和聲波振動，以用于清潔牙齒的方法。
Kuris的美國專利No.4,192,035公開了一種設(shè)備，其包括由帶一對接觸表面的壓 電部件形成的伸長部件，牙刷部件適合于容納在口中。適合裝配在手柄中的外殼配置成 可接受壓電部件。Kuris的美國專利No.4,333,197公開了一種超聲波牙刷，其包括一種采 用空心外殼形式的伸長的手柄部件，其具有低電壓線圈和在超聲波頻率下驅(qū)動的合作的 鐵氧體芯。牙刷部件固定在芯上，并且黏附地固定在阻抗轉(zhuǎn)移裝置上，其則黏附地固定 在芯材料上。阻抗轉(zhuǎn)移裝置確保將超聲能量從芯材料轉(zhuǎn)移到牙刷上。Suroff的美國專利No.4,991,249和No.5,150,492公開了一種超聲波牙刷，其具有 可拆卸地連接在超聲波功率部件上的可更換的牙刷部件。Center美國專利Νο.5,311,632公開了一種用于從牙齒上除去牙菌斑的裝置，其包 括具有較厚實的圓柱形的空心手柄和超聲換能器的牙刷，空心手柄包含電動機，其可促 動而造成偏心安裝的部件的旋轉(zhuǎn)和整個裝置的振動，超聲換能器可促動而沿著牙刷產(chǎn)生 高頻聲波。日本申請ΝΟ.Ρ1996-358359，日本專利特許公開1998-165228公開了一種利用 超聲波的牙刷，其中超聲波發(fā)生器設(shè)于手動或電動牙刷的手柄中，并且超聲波振動器安 裝在牙刷中，并用導(dǎo)線連接至波形發(fā)生器。日本申請ΝΟ.Ρ2002-353110，日本專利特許公開2004-148079公開了一種超聲波 牙刷，其中超聲波振動從設(shè)置在牙刷頭內(nèi)部的壓電振動器中輻射出來，并通過橡膠凸起 物群而發(fā)送至牙齒。Williams等人的美國專利No.6,203,320公開了一種用于清潔牙齒的電動操作的牙 刷和方法。該牙刷包括手柄，連接在手柄上的牙刷頭，其具有多個中空的細絲刷毛，穿 過手柄和牙刷頭的通道用于將流體輸送到并穿過中空的細絲刷毛，還包括手柄中的電能 源，以及用于將脈動傳送到所輸送的流體中的振動元件。Takahata等人的美國專利出版物No.2003/0079305公開了一種其中牙刷體同時振
動和往復(fù)運動的電動牙刷。這種電動牙刷包括外殼主體部分，在外殼主體部分上面延伸 的臂，設(shè)置在臂頂端中的牙刷體，和設(shè)置在臂頂端內(nèi)部的超聲波電動機，其用于驅(qū)動牙 刷體。作為美國專利No.5,343,883重新發(fā)布的Murayama的美國專利NO.RE35,712，其
公開了一種用于除去鄰間表面的牙菌斑的電動裝置(即牙縫拉線)。該裝置利用聲能和固 定在柔性叉的兩個耙齒之間的牙線，柔性叉可拆卸地連接在電動手柄上。電動機在聲波 頻率下回轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生發(fā)送到柔性叉上的聲能。Mosch等人的美國專利No.6,619,957公開了一種超聲波密封器，其包括密封器頂 部，促動器材料，線圈，手柄外殼以及氣動電流發(fā)生器。促動器材料，線圈和氣動電流 發(fā)生器都包含在手柄外殼中。Sharp的美國專利No.6,190,167公開了一種供具有共振頻率的牙齒密封器插入物 使用的超聲波牙齒密封器。這種牙齒密封器插入物可拆卸地連接在手柄上，其具有聯(lián)接 在可選擇性地調(diào)諧的振蕩回路上的勵磁線圈，以產(chǎn)生具有振蕩頻率的控制信號，用于使 牙齒密封器振動。Martin的美國專利No.4,731,019公開了一種用于通過超聲波操作進行刮治牙齒的 牙科器材。這種牙科器材具有帶鉤狀構(gòu)造及圓錐形尖頭的遠端，并包括磨粒，通常為金 剛石顆粒。
Giuliani的美國專利No.5,378,153公開了一種牙齒衛(wèi)生裝置，其具有主體部分和 擴展的共振器臂。這種裝置在其主體內(nèi)采用了電磁鐵，其用于與兩個永久磁鐵協(xié)同以實 現(xiàn)圍繞扭轉(zhuǎn)銷的振動作用。臂被驅(qū)動，使得刷毛頂端在一定的振幅和頻率的范圍內(nèi)操 作，使刷毛頂端產(chǎn)生超過1.5米每秒的速度，從而實現(xiàn)刷毛頂端之外的清潔。美國專利出 版物NO.2005/0091770A1公開了一種利用聲波導(dǎo)波管的牙刷，聲波導(dǎo)波管促進了聲能至 牙齒流體中的傳送。聲波導(dǎo)波管可結(jié)合聲波構(gòu)件和/或超聲換能器一起使用。該出版物 的發(fā)明公開通過引用而完整地結(jié)合在本發(fā)明中。本領(lǐng)域中仍存在對改進口腔衛(wèi)生的裝置 的需求，尤其是改善在牙齒和牙齦之間，在牙齒之間的接觸點上，以及刷毛直接作用之 外的地方的清潔作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了口腔衛(wèi)生裝置，其具有聲波導(dǎo)波管，超聲換能器組件和/或用于 產(chǎn)生聲頻振動的驅(qū)動電機。該裝置的頭部通常包括支撐結(jié)構(gòu)，其具有聲波導(dǎo)波管，超聲 換能器組件，和一個或多個安裝在那里的刷毛簇。手柄結(jié)構(gòu)通常包含可再充電的電源， 產(chǎn)生聲頻振動的電動機，超聲驅(qū)動回路，和控制器。裝置頭部可拆卸地安裝在手柄上， 并且是可更換的。該裝置還可包括電池充電座臺，其可連接到外電源上，用于為電池再 充電。提供的用戶接口包括至少一個接通/斷開控制，并且在用戶激活裝置時，就啟動 了一個工作循環(huán)。以下將詳細地描述合適的超聲操作參數(shù)和聲頻振動參數(shù)以及協(xié)議。在各種實施例中，本發(fā)明提供了口腔衛(wèi)生裝置，例如牙刷，其包括包含超聲換 能器和聲波導(dǎo)波管結(jié)構(gòu)的手動(非電動化)牙刷，包含聲波導(dǎo)波管結(jié)構(gòu)的電動(電動化) 牙刷，以及包含超聲換能器和聲波導(dǎo)波管結(jié)構(gòu)的電動(電動化)牙刷。聲波導(dǎo)波管結(jié)構(gòu) 結(jié)合超聲換能器和/或用于產(chǎn)生聲頻振動的電動機，并可選地結(jié)合一簇或多簇刷毛，其 作用在操作環(huán)境下的流體中的微泡流上，以便在流體中引起空穴、聲流和/或聲微流現(xiàn) 象。牙刷頭的聲頻振動，結(jié)合從聲波導(dǎo)波管以超聲頻率發(fā)送聲能，和/或結(jié)合一簇或多 簇刷毛的振動，其還產(chǎn)生了有利的口部觸感，刺激和按摩了齒齦和其它牙齒組織，總地 說來，改善了牙齒清潔體驗。在這里所述的條件下，利用與超聲換能器和/或產(chǎn)生聲頻振動的電動機相結(jié)合 的聲波導(dǎo)波管的口腔衛(wèi)生裝置例如牙刷，其改善了清潔特性和對生物膜的破壞。如這里 詳細所述，根據(jù)本發(fā)明的口腔衛(wèi)生裝置通過聲波導(dǎo)波管的運動，包括聲波運動而有效地 提高了發(fā)泡流體的流量，并且通過導(dǎo)波管和/或一簇或多簇刷毛的運動而促進氣泡的成 形。牙刷頭的聲頻振動使刷毛頂端移動并激勵刷毛頂端，使其面通過直接的刷毛接觸而 清潔牙齒，并且還在包圍導(dǎo)波管的牙齒流體中產(chǎn)生泡沫，當(dāng)暴露于超聲頻率下的聲能中 時，這些泡沫改善了牙菌斑和生物膜的除去作用。在利用超聲換能器的實施例中，本發(fā)明的裝置有效地發(fā)送由超聲換能器產(chǎn)生的 超聲波，并將那些波通過聲波導(dǎo)波管而傳播到口腔和牙齒流體中，以改善牙菌斑的破壞 和除去作用，并減少對生物膜的破壞。根據(jù)本發(fā)明所述參數(shù)進行操作的利用超聲換能器的本發(fā)明裝置在結(jié)合聲音構(gòu)件 的條件下，有效地促進了發(fā)泡流體的流動，并傳送超聲波，以便在刷毛和超出刷毛處， 例如超出刷毛頂端大約0.5mm至大約7mm處，更典型地在超出刷毛頂端至少大約Imm至高達大約5mm處產(chǎn)生清潔效果。刷毛簇和聲波導(dǎo)波管在聲頻下的振動產(chǎn)生了發(fā)泡流動， 并改善了清潔作用，即使在缺乏超聲換能器的作用，以及在超聲頻率下通過聲波導(dǎo)波管 傳送聲能的條件下也是如此。然而，正是超聲換能器，聲波導(dǎo)波管和聲音構(gòu)件的結(jié)合， 其共同實現(xiàn)了本發(fā)明的最有效的電動牙刷實施例，并且產(chǎn)生了協(xié)同的清潔效果，其充分 超越了單獨使用聲音構(gòu)件和超聲波構(gòu)件的遞加效果。


通過參考以下結(jié)合附圖所做的詳細說明，將更容易懂得，且可更好地理解本發(fā) 明的各個方面和其優(yōu)勢，其中圖1是顯示了本發(fā)明的一種典型的牙刷的示意性的局部橫截面圖，其包含聲波 導(dǎo)波管，多簇刷毛，超聲換能器，和用于產(chǎn)生聲頻振動的電動機；圖2A是一種適合于在本發(fā)明裝置中使用的典型的超聲換能器組件和相關(guān)聯(lián)的匹 配層及電觸頭的放大的示意性的透視圖；圖2B是另一種適合于在本發(fā)明裝置中使用的典型的超聲換能器組件和相關(guān)聯(lián)的 匹配層及電觸頭的放大的示意性的透視圖；圖3是顯示了一種包含超聲換能器組件的本發(fā)明超聲組件的局部剖切的放大的 示意性的透視圖，其中相關(guān)聯(lián)的匹配層和電觸頭安裝在支撐結(jié)構(gòu)中，聲波導(dǎo)波管安裝在 換能器組件上和其周圍；圖4顯示了包含超聲模塊以及為換能器組件提供功率的電極的本發(fā)明牙刷頭組 件的放大的側(cè)橫截面圖，但省略了刷毛簇；圖5顯示了具有多簇刷毛的本發(fā)明牙刷頭的放大的側(cè)視圖；圖6顯示了裝置手柄和通常安裝在手柄中的構(gòu)件的分解圖；和圖7顯示了裝置頭部和通常安裝在頭部中的構(gòu)件的放大的分解圖。本發(fā)明的詳細描述本發(fā)明所用的用語"超聲"和"超聲波"指具有大于人耳正常可聽范圍的頻 率-通常大于大約20kHz的頻率的聲能。用語"聲波"指具有在人耳正常可聽范圍內(nèi)的 頻率_通常小于大約20kHz-例如在20Hz和20kHz之間的聲能，或聲音。本發(fā)明所用的用語〃氣蝕〃(cavitation)指通過聲音產(chǎn)生和/或激勵泡沫。“ 產(chǎn)生"意味著泡沫的產(chǎn)生；"激勵"意味著造成泡沫變成動態(tài)活動，即移動，變大或變 小，生長，耗散的動作，所有都與包圍泡沫的流體中和其周圍以及泡沫內(nèi)部的氣體的機 械和/或化學(xué)作用相關(guān)聯(lián)。用語"氣蝕"指在液體中的超聲波場和受超高頻聲波作用的 介質(zhì)中的氣體包裹體(例如，微泡)之間的相互作用。目前的微泡的氣蝕大致可劃分為兩類穩(wěn)定氣蝕"和"慣性氣蝕"。“穩(wěn)定氣 蝕"是先前存在的微泡通過低強度的超聲能量而引起的穩(wěn)定的低振幅共振感應(yīng)，其則在 微泡附近和鄰近處的流體流量中產(chǎn)生局部的剪切力(這里稱為聲微流)。隨著超聲強度的 增加，振動的振幅也增加，直到泡沫變成不穩(wěn)定的，并由于涌入流體的慣性而瓦解，引 起"慣性氣蝕"。通常，在本發(fā)明裝置中所使用的超聲波條件下受到氣蝕作用的微泡， 其直徑在大約Iym至大約150 μ m之間。還可促使成簇的微泡發(fā)生氣蝕作用。包含超聲換能器和聲波導(dǎo)波管的本發(fā)明的口腔衛(wèi)生裝置，其通常促進了至少穩(wěn)定的氣蝕作用-即簡單的泡沫中的容積變化，其中除了和/或替代周圍流體的慣性以外的 因素控制了泡沫的行為。低水平的超聲波聲能引起泡沫容積在一個聲音循環(huán)和在許多聲 音循環(huán)中的暫時變化，其產(chǎn)生了泡沫附近的流體中的運動，其機械作用促進了牙菌斑的 除去和生物膜的破壞?！拔⑴?指存在于口腔中，例如牙齒流體或牙菌斑中的微觀泡沫。微泡對于流 體可以是內(nèi)生的-也就是說，其可引入到例如包含微泡的流體或牙膏中；其可在手動刷 牙期間通過牙刷毛的運動而產(chǎn)生；和/或其可通過刷毛和/或聲波導(dǎo)波管在聲頻下的振動 而產(chǎn)生。在超聲頻率下，由超聲換能器發(fā)送并由通過聲波導(dǎo)波管傳播的聲能，其對"微 泡"起作用?！拔⑴?在與微泡直徑相關(guān)的特定的頻率或附近頻率下共振。“聲流"指由于超聲波束的衰減而引起的動量從聲波轉(zhuǎn)移至流體時發(fā)生的流體 散開或相干的流動。在有泡沫或沒有泡沫的情況下，傳播到流體中的超聲都可能產(chǎn)生尺 寸和程度上相當(dāng)大的"聲流"。聲流作用在流體中有泡沫比沒有泡沫時可能甚至更大。 聲流通常需要比刺激泡沫所需要的頻率更高的頻率，并且總地說來，超聲波頻率越高， 則聲流作用越大?！⒘鳌ê汀曃⒘鳌ㄖ肝⑴莞浇袜徑牧黧w的運動，其是由于微泡上的超 聲波場中的機械壓力變化作用而產(chǎn)生的。在本發(fā)明的上下文中，剪切力與牙齒流體中 的微泡氣蝕作用是相關(guān)聯(lián)的，其沿著齒齦和牙齒的表面，以及在鄰間和齦下空間進行分 布。由用于本發(fā)明裝置的超聲波聲能所引起的微流產(chǎn)生了在大約O.lPa至大約IOOOPa 之間的剪切應(yīng)力。本發(fā)明的裝置優(yōu)選在聲頻操作參數(shù)下操作，以產(chǎn)生在大約0.2Pa至大 約500Pa之間的剪切應(yīng)力，并且在某些實施例中，產(chǎn)生大約0.3Pa至大約150Pa的剪切應(yīng) 力。在其它實施例中，由本發(fā)明裝置產(chǎn)生的剪切應(yīng)力大約為IPa至30Pa。這些剪切應(yīng)力 去除了 口腔中的牙齒和其它結(jié)構(gòu)表面上的牙菌斑和/或瑕疵。本發(fā)明的口腔衛(wèi)生裝置能夠在流體操作環(huán)境中，在超出牙刷毛頂端和/或聲波 導(dǎo)波管大約Imm至IOmm之間的距離處，產(chǎn)生大約0.5cm/sec至大約50cm/sec范圍內(nèi)的 流體流動。更典型的是，本發(fā)明的牙刷能夠在流體操作環(huán)境中，在超出牙刷毛頂端和/ 或聲波導(dǎo)波管大約Imm至IOmm之間的距離處，產(chǎn)生大約lcm/sec至大約30cm/sec范圍 內(nèi)的流體流動?？谇恍l(wèi)生裝置優(yōu)選能夠在超出牙刷毛頂端和/或聲波導(dǎo)波管大約Imm至 IOmm之間的距離處，產(chǎn)生在2至lOcm/sec之間的流體流動。典型的裝置圖1示意性地顯示了本發(fā)明的一種典型的口腔衛(wèi)生裝置，即牙刷，其包括超聲 換能器，聲波導(dǎo)波管和用于在牙刷中產(chǎn)生聲頻振動的電動機。牙刷10包括由剛性或半 剛性的材料構(gòu)成的手柄15，其通常包含至少一個可充電電池12，該電池優(yōu)選適合于利用 充電裝置通過外部電源(未顯示)進行充電；電路，其包括超聲波模塊驅(qū)動電路14;用 于產(chǎn)生聲頻振動的電動機16，優(yōu)選是一種用于在聲頻下驅(qū)動牙刷頭20的直流電動機； 以及控制器18，其提供同步，電動機控制和各種其它控制功能。合適的電動機，超聲波 驅(qū)動電路，可充電電池，和控制器在本領(lǐng)域中都是眾所周知的，并且可用于本發(fā)明的裝 置。超聲波模塊驅(qū)動電路14聯(lián)接在超聲換能器上，用于在牙刷頭上產(chǎn)生超聲波頻率下的 聲能，并且電動機16聯(lián)接在牙刷頭上，以便在牙刷頭上產(chǎn)生聲頻下的聲能。牙刷頭20 安裝在手柄15上，并包括桿部分21和牙刷頭部分23。桿部分21可提供通道或其它器件，便于促進超聲驅(qū)動指令，功率和聲音振動傳送至牙刷頭部分。牙刷頭部分23包括超 聲換能器22和聲波導(dǎo)波管24，其可操作地接近，并且聽覺地聯(lián)接在超聲換能器上。在圖 1示意性所示的牙刷實施例中，顯示了位于超聲換能器22后面，并圍繞超聲換能器22各 邊而延伸的可選的超聲反射元件28，其將超聲反射穿過聲波導(dǎo)波管24，并反射到牙齒流 體中。牙刷頭20可拆卸地或固定地連接在手柄15上，并且在優(yōu)選的實施例中，其可拆 卸地安裝在手柄15上。這樣可作為分開的，可更換的構(gòu)件來提供牙刷頭部分。通常，牙刷頭20包括設(shè)置在聲波導(dǎo)波管24附近，并通常包圍聲波導(dǎo)波管24的 多簇刷毛26。牙刷頭20可選地包括安裝在超聲換能器22和聲波導(dǎo)波管24之間的阻抗 匹配層29。阻抗匹配層29可改善裝置的效率，如以下所述。以下將參照特定的實施例 更詳細地描述所有這些構(gòu)件。由超聲波模塊驅(qū)動電路14(從可再充電電源)提供的交變 電流驅(qū)動超聲換能器22，使得換能器22主要沿著一個軸線，在由超聲波模塊驅(qū)動電路14 所提供的共振頻率或接近共振頻率下擴張和收縮，從而將電能成超聲頻率下的聲能。所 導(dǎo)致的超聲波被引入到聲波導(dǎo)波管24中，傳播穿過聲波導(dǎo)波管24，并輻射出聲波導(dǎo)波管 24。所發(fā)送的超聲波聲能作用于口腔內(nèi)的流體(通常是唾液、水和牙膏的混合物)中的 微泡上，引起氣蝕，從而使沉積在牙齒和鄰間區(qū)域中的牙菌斑松弛。圖1的裝置顯示了采用電動牙刷形式的本發(fā)明的一種典型的口腔衛(wèi)生裝置。以 下將更詳細地描述其它和優(yōu)選的實施例，包括各種超聲和/或聲音操作參數(shù)，裝置構(gòu) 件，控制特征等等。應(yīng)該懂得雖然某些操作參數(shù)和特征的組合對于在某些應(yīng)用和特殊環(huán) 境下的使用可能是優(yōu)選的，但是在本發(fā)明的口腔衛(wèi)生裝置中，裝置構(gòu)件，操作參數(shù)，控 制特征等等可以許多不同的方式組合起來。還應(yīng)該懂得，這些特征可用于各種類型的口腔衛(wèi)生裝置，以及其它類型的裝 置，并且這里所述的本發(fā)明并不局限于口腔衛(wèi)生裝置和牙刷實施例。在備選實施例中， 例如，裝置可具有支撐結(jié)構(gòu)，例如手柄和/或裝置頭部，其具有至少一個從支撐結(jié)構(gòu)中 突出來的執(zhí)行機構(gòu)。突出來的執(zhí)行機構(gòu)可以是聲波導(dǎo)波管、刷毛簇、叉、用于可拆卸的 執(zhí)行機構(gòu)的固定器或材料等等。在優(yōu)選的實施例中，突出來的執(zhí)行機構(gòu)傳聲地聯(lián)接在超 聲換能器上。該裝置還可包含一簇或多簇刷毛和一個或多個用于產(chǎn)生裝置頭部和/或突 出來的執(zhí)行機構(gòu)的聲頻振動的電動機。超聲操作參數(shù)用于包括超聲換能器組件的本發(fā)明的口腔衛(wèi)生裝置的超聲操作參數(shù)，其包括 超聲頻率；脈沖重復(fù)頻率(PRP)；每脈沖突發(fā)的循環(huán)數(shù)量；占空因數(shù)；超聲換能器的功 率；由超聲換能器產(chǎn)生的峰值負聲壓；和裝置進行操作所在的環(huán)境。包含在本發(fā)明的口 腔衛(wèi)生裝置中的超聲換能器組件通常在大于大約20kHz的載波頻率(即，單個超聲波的 頻率)下操作；通常在大約30kHz至大約3MHz之間；通常小于1.5MHz;并且更通常小 于1.0MHz，其低于許多超聲波牙刷的操作頻率。在許多實施例中，優(yōu)選的超聲載波頻率 在大約IOOKHz至大約750KHz之間；在某些實施例中為大約IOOkHz至大約600KHz之 間；在還有的其它實施例中為大約150kHz至大約500kHz之間；并且在還有的其它實施 例中為大約250KHZ至大約500KHZ之間。應(yīng)該懂得，用于不同應(yīng)用的載波頻率的最佳范 圍可根據(jù)可得到的泡沫總數(shù)、所采用的超聲換能器的尺寸和功率、以及盛行于操作環(huán)境 中的條件_例如流體的成分等等而變化。
超聲可持續(xù)應(yīng)用或可以規(guī)則或不規(guī)則的接通/斷開周期模式進行脈沖調(diào)制。對 于許多應(yīng)用，超聲經(jīng)脈沖調(diào)制成可以預(yù)定的脈沖重復(fù)頻率(PRP)，在分組或突發(fā)(循環(huán) /突發(fā))中產(chǎn)生預(yù)定量的波。占空因數(shù)(即，激勵超聲的時間百分比)與PRP和每循環(huán) 的突發(fā)數(shù)量是相關(guān)聯(lián)的。100%的占空因數(shù)代表持續(xù)的超聲應(yīng)用。小于100%的超聲占 空因數(shù)可通過許多方式獲得。例如，超聲可"分組"到突發(fā)中，其中可改變每脈沖的循 環(huán)數(shù)量和脈沖(突發(fā))重復(fù)頻率以取得所需的占空因數(shù)。100,000Hz(100,000每秒循環(huán) 數(shù))超聲信號的10%的占空因數(shù)產(chǎn)生10,000個循環(huán)。這些10,000循環(huán)可0.1秒持續(xù)時 間的單個突發(fā)中進行傳送，隨后是0.9秒斷開狀態(tài)(突發(fā)長度=10,000，脈沖重復(fù)頻率= IHz)?；蛘撸瑢τ?.1s的總的超聲接通時間(即10*0.01sec脈沖)和0.9sec斷開時間 (即10*0.09seC脈沖)，10,000個循環(huán)可在10個突發(fā)進行傳送，每個突發(fā)1,000個循環(huán)(突 發(fā)長度=1,000，脈沖重復(fù)頻率=10Hz)。通常，牙菌斑和生物膜的去除作用隨著占空因 數(shù)的提高而增加。然而，超聲占空因數(shù)的實際水平可能受到諸如換能器操作特性(能量 消耗、內(nèi)熱等等)、組織的安全性(溫度指數(shù)、組織加熱等等)、用戶感覺和嗜好等等因 素的限制。對于裝置在典型的牙漿中操作的口腔衛(wèi)生應(yīng)用，超聲占空因數(shù)通常為大約1 至30%，其中大約4至20%的占空因數(shù)最為通用，并且大約4至15%的占空因數(shù)是優(yōu)選 的。對于特殊應(yīng)用可優(yōu)選較高的占空因數(shù)。所需的超聲PRF可依賴于超聲頻率、每突發(fā)的循環(huán)數(shù)量和牙刷操作所在的環(huán) 境，其包括超聲能量所發(fā)送至的流體介質(zhì)的成分和物理性質(zhì)。通常，但不排除的是，在 本發(fā)明的口腔衛(wèi)生裝置中，PRF范圍是大約0.5Hz至大約10,000Hz ；更通常在大約0.5Hz 至大約2,500Hz之間，并且甚至更通常在大約IHz至大約500Hz之間。在牙膏中，例如， 10%占空因數(shù)下的優(yōu)選的PRF通常小于大約20Hz，并且可小于大約10Hz。但是在水性 環(huán)境中，可使用較高的PRF，通常在40Hz以上，并且通常在40至200Hz之間的范圍內(nèi)。 在本發(fā)明的口腔衛(wèi)生裝置的某些實施例中，其使用結(jié)合聲頻的超聲頻率，PRF為多個(通 常兩個或更多，更通常為四個或更多)小的聲音頻率(即，由本發(fā)明牙刷的聲音構(gòu)件驅(qū)動 的刷毛和/或聲波導(dǎo)波管的運動頻率)。超聲分組或突發(fā)中的單個超聲波的數(shù)量(每突發(fā)的循環(huán)數(shù))是另一超聲操作變 量，并且在本發(fā)明的口腔衛(wèi)生裝置中，通常在大約10至大約10,000個循環(huán)/突發(fā)之間， 并且對于許多實施例，在大約500至10,000個循環(huán)/突發(fā)之間。所需的每突發(fā)的循環(huán)數(shù) 量可依賴于例如，超聲頻率、PRF和操作牙刷所在的環(huán)境。為了促進聲微流，在本發(fā)明 的裝置中，相對較長的突發(fā)和相對較低的PRF是合適的。通常，更大循環(huán)數(shù)量的較少頻繁的脈沖比較少循環(huán)數(shù)量的更頻繁的脈沖更為優(yōu) 選。在牙膏漿的環(huán)境中操作通常比100%的水介質(zhì)需要每脈沖更多的循環(huán)，以實現(xiàn)可比 的生物膜除去作用。在牙膏漿中，每脈沖100至10,000個循環(huán)是常用的，其中500至 5000個脈沖甚至更為典型?；谒璧恼伎找驍?shù)可計算脈沖重復(fù)頻率。例如，對于 250,000kHz的超聲信號，10%的占空因數(shù)，以及每突發(fā)1000個循環(huán)的超聲分組，脈沖重 復(fù)頻率為 25Hz(即 250,OOOkHz χ 0.10+ 1000 循環(huán) / 突發(fā)=25Hz)。這種優(yōu)選可提供最佳的清潔作用和用戶體驗的超聲操作參數(shù)可根據(jù)例如裝置進 行操作所在的流體環(huán)境的成分和特性而改變。牙刷在口腔中操作，其中流體例如唾液和 水通常與牙膏或另一清潔劑混合而形成漿液。典型的牙膏漿比水更具粘性，并且可比水/唾液的混合物具有更多或更少地傳聲性能。對于在典型的牙膏漿環(huán)境中操作的牙刷以及
其它口腔衛(wèi)生裝置，下表中所述的操作參數(shù)的組合是合適的。
權(quán)利要求
1.一種口腔衛(wèi)生裝置，包括支撐結(jié)構(gòu)，其具有從所述支撐結(jié)構(gòu)突出來的至少一個執(zhí)行機構(gòu)； 聲耦合在所述執(zhí)行機構(gòu)上的超聲換能器組件，以及與所述超聲換能器組件在操作上 相關(guān)聯(lián)的超聲驅(qū)動電路和電源，用以驅(qū)動所述超聲換能器組件，使其在操作循環(huán)期間產(chǎn) 生超聲能量；和變壓器組件，其將功率從所述超聲驅(qū)動電路感應(yīng)式地耦合并傳送到所述超聲換能器上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述變壓器組件包括在操作上與所述超 聲驅(qū)動電路相關(guān)聯(lián)的初級線圈和鐵芯，以及在操作上與所述超聲換能器組件相關(guān)聯(lián)的次 級線圈和鐵芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述變壓器組件還包括附加的變壓器元 件，其能夠?qū)崿F(xiàn)在所述初級線圈和鐵芯與所述次級線圈和鐵芯之間的電信息交換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述超聲換能器包括多個壓電元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括與所述超聲換能器相接觸的阻抗匹配層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括機械地聯(lián)接在所述支撐結(jié)構(gòu)上的 電動機，其在操作循環(huán)期間操作，以產(chǎn)生小于1000Hz的聲頻振動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述電動機包括有限轉(zhuǎn)角的力矩電動機。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述超聲換能器組件在操作循環(huán)期間操 作，以產(chǎn)生頻率小于1500kHz的超聲能量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述執(zhí)行機構(gòu)包括多簇刷毛。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述執(zhí)行機構(gòu)包括聲波導(dǎo)波管。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述執(zhí)行機構(gòu)包括叉。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述執(zhí)行機構(gòu)包括用于可拆卸的執(zhí)行 機構(gòu)的固定器或材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括檢測特征，所述檢測特征僅僅 在所述超聲換能器被確定為處于操作中時才允許啟動操作循環(huán)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括一種控制器，其提供了將所述 裝置的操作循環(huán)分成多個操作子循環(huán)的計時功能。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括一種控制器，其在操作循環(huán)期 間調(diào)制超聲驅(qū)動頻率和/或振幅。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括一種控制器，其經(jīng)過了編制程 序的處理，以監(jiān)測所述超聲換能器的功能。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括一種控制器，其經(jīng)過了編制程 序的處理，以監(jiān)測在操作期間的流體環(huán)境的狀態(tài)，并基于所檢測的流體環(huán)境的狀態(tài)而修 改所述裝置的操作參數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述呈牙刷形式的口腔衛(wèi)生裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的口腔衛(wèi)生裝置，其特征在于，還包括用于將聲波振蕩給予所述支撐結(jié)構(gòu)的電機。
20.一種適合于可拆卸地連接在具有電源的裝置手柄上的裝置頭部，其包括從裝置頭部支撐結(jié)構(gòu)中突出來的執(zhí)行機構(gòu)，所述執(zhí)行機構(gòu)適合于被電源驅(qū)動；和安裝在所述裝置頭部中的變壓器線圈和鐵芯，其適合于與安裝在所述裝置手柄中的 變壓器線圈和鐵芯協(xié)作，從而將功率從所述裝置手柄感應(yīng)式地耦合至所述裝置頭部。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置頭部，其特征在于，還包括聲耦合至所述執(zhí)行機構(gòu)上 的超聲換能器組件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置頭部，其特征在于，安裝在所述裝置頭部中的變壓器 線圈和鐵芯在操作上與所述超聲換能器組件相關(guān)聯(lián)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置頭部，其特征在于，所述超聲換能器具有多個壓電元 件，所述多個壓電元件機械串聯(lián)式地且電并聯(lián)地聲耦合地連接在所述執(zhí)行機構(gòu)上。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置頭部，其特征在于，還包括附加的變壓器元件，其能 夠?qū)崿F(xiàn)在安裝在所述裝置頭部中的所述變壓器線圈和鐵芯與安裝在所述裝置手柄中的所 述變壓器線圈和鐵芯之間的電信息交換。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置頭部，其特征在于，所述執(zhí)行機構(gòu)包括多簇刷毛。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置頭部，其特征在于，所述執(zhí)行機構(gòu)包括聲波導(dǎo)波管。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置頭部，其特征在于，所述執(zhí)行機構(gòu)包括叉。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置頭部，其特征在于，所述執(zhí)行機構(gòu)包括用于可拆卸的 執(zhí)行機構(gòu)的固定器或材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有超聲換能器(22)和聲波導(dǎo)波管(24)的口腔衛(wèi)生裝置，其便于將超聲波聲能傳送到口腔流體中。本發(fā)明公開了用于在水性環(huán)境和牙膏漿中操作的優(yōu)選的超聲操作參數(shù)。該裝置可包含用于使裝置頭部(23)，聲波導(dǎo)波管(24)和一簇或多簇刷毛(26)在聲頻下振動的驅(qū)動電動機(16)，并且還提供了優(yōu)選的聲音操作參數(shù)。本發(fā)明公開了多元件壓電換能器組件(30，40)，以及各種控制和通信特征。本發(fā)明公開的口腔衛(wèi)生裝置改善了從牙齒以及鄰間和齒齦下區(qū)域去除牙菌斑和去污作用，同時增強了用戶體驗，按摩了齒齦，刺激了牙齒組織，并破壞了生物膜。
文檔編號A61C17/34GK102008359SQ20101025199
公開日2011年4月13日 申請日期2006年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月3日
發(fā)明者D·A·巴拉德, D·貝, F·J·本內(nèi)特, G·A·巴雷特, G·K·布魯爾, J·C·麥金尼斯, R·K·泰勒 申請人:烏爾特里奧公司