專利名稱：一種利用超聲波清潔牙齒、按摩牙齦的牙刷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種由振蕩電路驅(qū)動(dòng)壓電換能器發(fā)出超聲波，并利用超聲波清潔牙齒表面和按摩牙齦的牙刷，尤指一種有較高的電聲轉(zhuǎn)換效率、能定向高效傳遞聲能的超聲波牙刷。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，外型類似日常用牙刷，內(nèi)藏超聲能量發(fā)射裝置，通過刷毛把超聲波能量傳遞到牙齒表面，利用超聲波能量的超聲效應(yīng)，起到潔齒的效果，解決了以往利用超聲波潔齒存在的裝置龐大，不宜作為普通使用者的日常潔牙用品，其效果也難于掌握的問題。
但由于目前這類牙刷仍存在電聲轉(zhuǎn)換效率低，聲傳輸損耗大等缺點(diǎn)，致使超聲波能量無法真正傳遞到刷毛的尖端而作用于牙面，起不到超聲波牙刷應(yīng)有的潔牙效果。
中國實(shí)用新型專利95203710.6公開了一種利用555振蕩電路產(chǎn)生的超聲頻交流電信號(hào)直接用來驅(qū)動(dòng)壓電換能器發(fā)出超聲波的牙刷，該牙刷發(fā)出的超聲能量通過壓電換能器周圍的液體石蠟作為介質(zhì)傳遞到刷毛的尖端，最終作用于牙面。該實(shí)用新型存在以下缺點(diǎn)1、上述振蕩電路是獨(dú)立工作的，其輸出的交變電信號(hào)的頻率是固定不變的，而壓電換能器的固有諧振頻率因使用老化或受負(fù)載的影響會(huì)發(fā)生漂移，偏離上述驅(qū)動(dòng)電信號(hào)的頻率，導(dǎo)致壓電換能器的工作效率下降，其輸出超聲功率降低，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致壓電換能器停止工作。
2、上述振蕩電路輸出的交變電信號(hào)是直接施加到壓電換能器上的，其整個(gè)系統(tǒng)的工作效率低。因?yàn)橐话阏袷庪娐返妮敵鲎杩馆^低，而壓電換能器的輸入阻抗較高，輸出阻抗與輸入阻抗無法做到匹配。
3、上述產(chǎn)品雖設(shè)置了頻率調(diào)節(jié)和功率調(diào)節(jié)功能，此舉為用戶帶來新的不便。要想調(diào)節(jié)振蕩電路的工作頻率與壓電換能器的諧振頻率相符，使壓電換能器工作在諧振頻率，以增加換能器的輸出超聲波功率，必須由專業(yè)人員借助專用儀器設(shè)備來實(shí)施，普通用戶是不具備這方面的知識(shí)和手段的，因此實(shí)際上也難以獲得多大的效果。
4、增加頻率和功率調(diào)節(jié)功能，勢(shì)必要增加實(shí)現(xiàn)該功能的相應(yīng)的電子元件。這些元器件也會(huì)消耗電功率，致使最終施加到壓電換能器上的交變電功率更低，壓電換能器輸出的超聲功率也相應(yīng)下降，另外，也增加了牙刷的體積。
5、其壓電換能器采用的接收型壓電陶瓷片，此類陶瓷片功率密度低，阻抗更高，聲發(fā)射效率低，產(chǎn)生的超聲功率也較弱。
6、壓電換能器產(chǎn)生的超聲波通過換能器周圍的液體石蠟來傳遞。液體石蠟的聲衰減性很大，使得微弱的超聲波通過液體石蠟后變得更加微弱。
7、液體石蠟和刷毛根部固定刷毛的材料的形態(tài)存在差異，兩種不同形態(tài)材料之間形成一個(gè)界面，傳遞到界面的超聲波一部分被界面反射掉，剩余通過界面。即界面損失了超聲波。
8、沒有限制壓電換能器輸出超聲波的方向，致使傳遞到刷毛的超聲能量?jī)H是其輸出的一部分。
綜上所述，此類產(chǎn)品振蕩電路所提供的電信號(hào)的電功率比較弱，壓電換能器的轉(zhuǎn)換效率較差，所發(fā)射的超聲能也較弱，再加上液體石蠟、刷毛對(duì)超聲能量的吸收，在抵達(dá)刷毛尖端前，超聲功率已消耗殆盡，無法起到松動(dòng)牙垢、牙菌斑和破壞細(xì)菌的作用。
美國專利5546624號(hào)也公開了一種超聲波牙刷，在該牙刷結(jié)構(gòu)中，壓電換能器在振蕩電路中起到一個(gè)耦合電容的作用；振蕩電路與換能器的連接導(dǎo)線焊接在壓電陶瓷片兩電極面上，并從一端延伸到另一端，每一電極面留下兩個(gè)焊點(diǎn)，增加了壓電陶瓷片固定層面與手柄固定刷毛的縫隙空間。此種結(jié)構(gòu)有以下缺點(diǎn)
1、驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)載阻抗適配范圍窄，且僅適配低阻抗的壓電換能器，對(duì)于高阻抗的壓電換能器，驅(qū)動(dòng)電路無法起振。
2、上述振蕩電路的輸出阻抗與壓電換能器的輸入阻抗不匹配，系統(tǒng)的工作效率低。
3、壓電換能器產(chǎn)生的超聲波能量通過上述縫隙傳遞到刷毛，縫隙會(huì)損失絕大部分的超聲能量。
4、縫隙中空氣與刷毛根部固定刷毛的材質(zhì)的形態(tài)不同，存在的界面會(huì)阻礙超聲波的傳遞，使傳遞到刷毛的超聲波能量進(jìn)一步減弱。
上述的不足導(dǎo)致超聲波能量在傳遞到刷毛尖端之前也已消耗殆盡，更不會(huì)在牙齒表面引起超聲效應(yīng)，達(dá)到清潔牙齒的作用。
再者，綜觀所有的超聲波牙刷，沒有涉及到利用超聲波牙刷產(chǎn)生的超聲波能量在日常進(jìn)行潔牙的同時(shí)，利用滲透到牙齦組織內(nèi)部的超聲波能量按摩牙齦和破壞殺死侵入牙齦組織內(nèi)的致病細(xì)菌，防止和延緩牙齦的萎縮，抑制牙齦發(fā)炎和牙齦出血等問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明創(chuàng)造的牙刷能提供一定劑量的超聲波能量，使之能滲透到牙齦組織內(nèi)部，加速牙齦組織的血液循環(huán)，促進(jìn)新陳代謝，對(duì)牙齦起到按摩的作用，防止或延緩牙齦萎縮；同時(shí)可破壞和殺死侵入到牙齦組織內(nèi)的致病細(xì)菌，抑制牙齦發(fā)炎和牙齦出血。
本發(fā)明創(chuàng)造的牙刷能定向高效地將超聲波能量傳遞到使用者的牙齒和牙齦表面，并去除牙齒和牙齦表面的牙菌斑、牙垢和細(xì)小食物殘?jiān)?，保持牙齒清潔，防治牙病的發(fā)生和復(fù)發(fā)。
具體的，本實(shí)用新型的目的在于提供一種超聲波牙刷，該牙刷的驅(qū)動(dòng)電路，其輸出電信號(hào)的頻率能自動(dòng)跟隨壓電換能器的諧振頻率點(diǎn)，使換能器始終工作在諧振頻率點(diǎn)上，以保持獲得最大的電、聲轉(zhuǎn)換效率。
另外，本實(shí)用新型的另一個(gè)目的在于提供的超聲波牙刷，還設(shè)置了一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)，該匹配網(wǎng)絡(luò)可以提高整個(gè)振蕩回路的品質(zhì)因數(shù)，使振蕩回路容易被較低的電源電壓激勵(lì)而產(chǎn)生振蕩，同時(shí)，與壓電換能器配合，還能降低了匹配網(wǎng)絡(luò)和壓電換能器構(gòu)成整體的輸入阻抗，使之與驅(qū)動(dòng)電路的輸出阻抗匹配，進(jìn)一步提高電傳輸效率。
再者，本實(shí)用新型的另一個(gè)目的在于提供的超聲波牙刷，具有良好的聲傳播途徑，盡量減少超聲波在傳播過程的損耗。
第四，本實(shí)用新型的另一個(gè)目的在于提供的超聲波牙刷，其輸出的超聲波能量具有較好的定向性，能抑制或減弱其他模式的振蕩，提高所需要方向振蕩的轉(zhuǎn)換效率。
本實(shí)用新型的目的由以下方案實(shí)現(xiàn)一種牙刷，包括手柄、牙刷頭，手柄內(nèi)部藏有電池、振蕩電路和壓電換能器，由振蕩電路獲得電池上的電壓驅(qū)動(dòng)壓電換能器發(fā)出超聲波，并通過牙刷頭上的刷毛將超聲波傳出，其主要的特點(diǎn)是，振蕩電路為自激式振蕩電路。
為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的第二個(gè)目的上述方案中，在自激式振蕩電路與壓電換能器之間接有一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)。
為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的第三個(gè)目的上述方案中，壓電換能器為發(fā)射型壓電陶瓷片，壓電陶瓷片的二個(gè)電連接點(diǎn)位于同一面，壓電陶瓷片的另一面與牙刷頭的刷毛托體之間有一粘結(jié)層，該膠層緊密牢固地粘結(jié)著壓電陶瓷片和刷毛托體。
另外，上述方案中，發(fā)射型壓電換能器與牙刷頭刷毛托體之間有一粘結(jié)層，并且，刷毛托體的底面與刷毛根部的距離為1/2超聲波波長(zhǎng)的整數(shù)倍，刷毛長(zhǎng)度也為1/2波長(zhǎng)的整數(shù)倍。
為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的第四個(gè)目的上述方案中，壓電陶瓷片的長(zhǎng)度L和寬度W的尺寸為12mm＜L＜25mm；3mm＜W＜8mm。
圖1為牙刷的結(jié)構(gòu)圖；圖2為驅(qū)動(dòng)電路圖；圖3為匹配網(wǎng)絡(luò)圖；
圖4為壓電陶瓷片。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作具體詳述參照?qǐng)D1、圖2和圖3，本實(shí)施例的超聲波牙刷，包括手柄1、牙刷頭2、電池3、自激式電容三端振蕩電路和由電容C和電感L構(gòu)成匹配網(wǎng)絡(luò)的電路板4、發(fā)射型壓電陶瓷片5、一層極薄的膠層7和連接導(dǎo)線，其中，刷毛的長(zhǎng)度取9.3mm，刷毛底部至膠層的距離取0.7mm，發(fā)射型壓電陶瓷片5的二個(gè)電極51、52制成位于同一面，且其長(zhǎng)度取19.5mm，寬度取6mm，發(fā)射型壓電陶瓷片5的另一面由膠層7粘結(jié)于牙刷頭刷毛托體21上，電池3提供的低壓直流電能經(jīng)自激式電容三端振蕩電路4振蕩放大后，轉(zhuǎn)換成超聲頻交流電信號(hào)，施加于發(fā)射型壓電陶瓷片5，由發(fā)射型壓電陶瓷片5發(fā)射的超聲波能量通過膠層7、牙刷頭刷毛托體21、刷毛傳遞到牙齒和牙齦表面。
這樣，傳遞到牙齒和牙齦表面的超聲波能量一部分使牙齒和牙齦表面的牙膏產(chǎn)生空化，空化釋放出來的巨大能量破壞和殺死粘附在牙齒和牙齦表面的致病細(xì)菌，松動(dòng)牙齒表面和牙齦根部牙周袋里的牙垢及食物殘?jiān)?，已松?dòng)的牙垢和食物殘?jiān)芎苋菀椎赝ㄟ^常規(guī)刷牙運(yùn)動(dòng)去除，保持了牙齒表面和牙齦根部的清潔，能有效的防止牙垢的日積月累而形成牙石及致病細(xì)菌的繁衍生長(zhǎng)，進(jìn)而引發(fā)各種牙周疾病。傳遞到牙齦表面的超聲波能量除了能起到清潔作用外，還有部分能量滲透到牙齦組織內(nèi)，作用于細(xì)胞膜，通過超聲波的機(jī)械作用和熱效應(yīng)，按摩牙齦組織，能加速牙齦組織的血液循環(huán)，促進(jìn)新陳代謝，防止或延緩牙齦萎縮；能有效殺死和破壞侵入牙齦組織的細(xì)菌，抑制牙齦發(fā)炎、糜爛和出血。
壓電陶瓷片的長(zhǎng)度L和寬度W的尺寸選取下列任一組參數(shù)L取12mm，W取3mm；L取25mm，W取8mm；L取12mm，W取8mm；L取25mm，W取3mm時(shí)，在其他條件不變的情況下，均能獲得上述實(shí)施例的效果。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)首先，自激式驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的交流電信號(hào)的頻率是隨壓電換能器的諧振頻率的變化而變化的，采用具有此特性驅(qū)動(dòng)電路的好處是驅(qū)動(dòng)電路一旦和壓電換能器相連接，驅(qū)動(dòng)電路就會(huì)產(chǎn)生與壓電換能器諧振頻率相一致頻率的交流電信號(hào)作用于壓電換能器上，使壓電換能器工作在諧振頻率點(diǎn)上，由于接入的壓電換能器的諧振頻率不同，所產(chǎn)生的電信號(hào)的頻率也不同，采用這種電路就可以做到無須調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路中所使用的任何一個(gè)電子元器件的參數(shù)，特別是當(dāng)換能器所承受的負(fù)載發(fā)生變化和使用時(shí)間的延長(zhǎng)，壓電換能器的諧振頻率發(fā)生了偏離時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路輸出的電信號(hào)的頻率會(huì)自動(dòng)調(diào)整到壓電換能器現(xiàn)在的頻率點(diǎn)上，使換能器始終保持工作在諧振頻率，保持最大的電、聲轉(zhuǎn)換效率。自激式驅(qū)動(dòng)電路采用自激式電容三端振蕩電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小的特點(diǎn)，還具有較高的頻率穩(wěn)定度。
其次，本牙刷通過在驅(qū)動(dòng)電路與壓電換能器之間接入一個(gè)電容C和一個(gè)電感L構(gòu)成的匹配網(wǎng)絡(luò)，這樣，不僅可以提高整個(gè)振蕩回路的品質(zhì)因數(shù)Q值，使振蕩回路容易被較低的電源電壓激勵(lì)而產(chǎn)生振蕩，輸出超聲頻的交變電信號(hào)施加于壓電陶瓷片上，發(fā)出超聲波能量，而且還能降低匹配網(wǎng)絡(luò)和壓電換能器構(gòu)成整體的輸入阻抗，有利于使之與驅(qū)動(dòng)電路的輸出阻抗相匹配，提高電傳輸效率，另外，由于對(duì)電池電壓要求的降低，能抑制整體結(jié)構(gòu)上的增大。
再者，本例中，兩條導(dǎo)線與壓電陶瓷片連接的焊接點(diǎn)皆在壓電陶瓷片的同一面上，壓電陶瓷片的另一面沒有焊接點(diǎn)，保持粘結(jié)面平整光潔，可以保證壓電陶瓷片和刷毛托體能用極薄粘結(jié)膠層緊密牢固粘結(jié)，還可以保證壓電陶瓷片產(chǎn)生的超聲波垂直入射到刷毛托體，減少了超聲波能量透過時(shí)的衰減。
另外，根據(jù)本牙刷采用的超聲頻率為1.6MHz的厚度方向的振蕩模式的壓電陶瓷片，即當(dāng)發(fā)射型壓電陶瓷片在諧振頻率點(diǎn)工作時(shí)，是在厚度方向的兩面同時(shí)向外發(fā)射超聲波能量，由于構(gòu)成壓電換能器的壓電陶瓷片同時(shí)存在多種振蕩模式，各種振蕩模式的諧振頻率是不一樣的，其電聲轉(zhuǎn)換效率也不同，為了提高厚度方向振蕩模式的轉(zhuǎn)換效率，必須要抑制或盡量減弱其他模式的振蕩。依據(jù)本發(fā)明創(chuàng)造的選擇，壓電陶瓷片的長(zhǎng)度L和寬度W的尺寸最好為12mm＜L＜25mm；3mm＜W＜8mm，可以減弱在其他方向存在的振蕩，以降低這些不需要振蕩的電聲轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)提高所需要的厚度方向振蕩的電聲轉(zhuǎn)換效率。依據(jù)本牙刷的設(shè)計(jì)，壓電陶瓷片電極采用如圖4所示的形式，此電極形式能進(jìn)一步減弱其他模式的振蕩，進(jìn)一步提高厚度方向振蕩的轉(zhuǎn)換效率。
還有的是，壓電換能器發(fā)射的超聲波能量通過粘結(jié)層、牙刷頭刷毛托體、刷毛傳遞到牙齒和牙齦表面，粘結(jié)層可以起到聲匹配的作用，刷毛托體的底面與刷毛根部的距離為1/2超聲波波長(zhǎng)的整數(shù)倍，刷毛長(zhǎng)度也為1/2波長(zhǎng)的整數(shù)倍，可以減少超聲波能量在傳輸路徑的損耗，提高傳輸效率。
權(quán)利要求1.一種利用超聲波清潔牙齒、按摩牙齦的牙刷，包括手柄、牙刷頭，手柄內(nèi)部藏有電池、振蕩電路和壓電換能器，由振蕩電路獲得電池上的電壓驅(qū)動(dòng)壓電換能器發(fā)出超聲波，并通過牙刷頭上的刷毛將超聲波傳出，其特點(diǎn)在于，振蕩電路為自激式振蕩電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的牙刷，其特征在于，自激式振蕩電路為自激式電容三端振蕩電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的牙刷，其特征在于，在自激式電容三端振蕩電路與壓電換能器之間接有一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的牙刷，其特征在于，壓電換能器為發(fā)射型壓電陶瓷片，該陶瓷片的二個(gè)電連接點(diǎn)位于同一面，另一面與牙刷頭刷毛托體之間有一粘結(jié)層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的牙刷，其特征在于，刷毛托體底面與刷毛根部的距離為1/2超聲波波長(zhǎng)的整數(shù)倍，刷毛長(zhǎng)度也為1/2波長(zhǎng)的整數(shù)倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的牙刷，其特征在于，發(fā)射型壓電陶瓷片的長(zhǎng)度L和寬度W的尺寸為12mm＜L＜25mm；3mm＜W＜8mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的牙刷，其特征在于，在自激式振蕩電路與壓電換能器之間接有一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的牙刷，其特征在于，壓電換能器為發(fā)射型壓電陶瓷片，該陶瓷片的二個(gè)電連接點(diǎn)位于同一面，另一面與牙刷頭刷毛托體之間有一粘結(jié)層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的牙刷，其特征在于，刷毛托體底面與刷毛根部的距離為1/2超聲波波長(zhǎng)的整數(shù)倍，刷毛長(zhǎng)度也為1/2波長(zhǎng)的整數(shù)倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的牙刷，其特征在于，發(fā)射型壓電陶瓷片的長(zhǎng)度L和寬度W的尺寸為12mm＜L＜25mm；3mm＜W＜8mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種由振蕩電路驅(qū)動(dòng)壓電換能器發(fā)出超聲波并通過牙刷頭上的刷毛將超聲波傳出、利用超聲波清潔牙齒和按摩牙齦的牙刷，其主要特點(diǎn)是振蕩電路為自激式振蕩電路、自激式振蕩電路與壓電換能器之間接有匹配網(wǎng)絡(luò)。該牙刷由于自激式驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的交流電信號(hào)的頻率可隨壓電換能器的諧振頻率的變化而變化，而且接入的匹配網(wǎng)絡(luò)可以提高整個(gè)振蕩回路品質(zhì)因數(shù)Q值，起到當(dāng)換能器所承受的負(fù)載發(fā)生變化和隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，壓電換能器的諧振頻率發(fā)生了偏離時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路輸出的電信號(hào)的頻率會(huì)自動(dòng)調(diào)整到壓電換能器現(xiàn)在的諧振頻率點(diǎn)上以及振蕩回路容易被較低的電源電壓激勵(lì)而產(chǎn)生振蕩的作用。
文檔編號(hào)A61C17/00GK2621627SQ03225298
公開日2004年6月30日 申請(qǐng)日期2003年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月16日
發(fā)明者林潤玉 申請(qǐng)人:林潤玉