CN104605955B - 一种超声波冲牙器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及牙齿清洁技术，旨在提供一种超声波冲牙器。该超声波冲牙器包括末端具有喷孔的手持部件；所述手持部件包括手持本体和出水部件；手持本体中内置换能器，出水部件中内置发射头，换能器与发射头相接；手持本体和出水部件均具有输水通道且相互连通，手持本体输水通道的首端与输水管连通，出水部件输水通道的末端与喷孔连通，出水部件的输水通道与发射头的末端相接。本发明利用超声波在水中的空化效应，实现对牙齿表面污垢的冲击、分离，最终使污层脱落，是真正意义上的超声波清洗。无需过高的冲水压力，清洁效果好、便于操作且不会伤害牙龈组织。超声波系统的设计简单可靠，超声波的衰减也最小。出水部件可更换，更能保持清洁卫生。

Description

一种超声波冲牙器

技术领域

本发明涉及牙齿清洁技术，特别涉及超声波冲牙器。

背景技术

牙齿清洁是当下人们愈发注重的保健项目，因此，各类牙齿清洁工具层出不穷。有一种冲牙器(又叫家用洗牙器、电动水牙线、便捷式洗牙机、洁牙机，等等)，是利用高压水流对牙缝进行冲洗。其主要原理是利用流动的脉冲水去祛牙菌斑和牙龈线以下残留的食物，从而改善牙龈健康。与普通的牙刷相比，冲牙器在治疗牙菌斑、牙龈炎等方面更有效果。因为目前多数牙刷并不能让牙膏深入咬合面的缝隙，沟槽，及裂缝中，而那里却是80％的蛀牙发生的地方，而冲牙器则能够让水或药液进入咬合面的缝隙以中和里面的酸性物质，并使原本已经脱钙的牙釉质恢复钙含量。很显然，高压水的压力越高，清洗效果越好。但是，压力高又会带领其他方面的问题。比如对敏感组织的伤害问题、设备的造价和可靠性问题等。

超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。于是，利用超声清洁的概念也出现在牙刷上。但是，现在市售的所谓超声波牙刷其实是就一种商业噱头。它的工作原理是利用电动部件的振动功能，震动频率大约每分钟几万次。而通常意义上的超声波，其震动频率至少每秒钟15000次。所以，这类超声波牙刷仍旧只是普通的电动牙刷而已。

现在很多医院牙科都在使用一种叫超声波洁牙机的设备，洁牙和除牙垢的效果很好。这种设备的端部是一个带超声波振动的金属弹性体，是真正的超声波设备。它通过金属弹性体直接对牙齿表面进行作用。这种带超声波振动的金属弹性体既不会损伤牙齿表面，又能够把牙垢除去。但这种设备虽然直接利用了超声波振动且效果好，但对操作技能的要求也高，通常必须由医生来操作，不能够作为普通人群的日常清洁使用。

超声波清洗的原理主要是通过换能器，将功率超声频源的声能转换成机械振动，通过发射头将超声波辐射到液体中。由于受到超声波的辐射，使液体中的微气泡能够在声波的作用下从而保持振动。当声压或者声强受到压力到达一定程度时候，气泡就会迅速膨胀，然后又突然闭合。在这段过程中，气泡闭合的瞬间产生冲击波，使气泡周围瞬间产生极高的压力和温度，这就是超声波的空化效应。这种超声波空化所产生的巨大压力能破坏不溶性污物而使他们分化于溶液中，蒸汽型空化对污垢的直接反复冲击。一方面破坏污物与清洗件表面的吸附，另一方面能引起污物层的疲劳破坏而被驳离。气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗，污层一旦有缝可钻，气泡立即“钻入”振动使污层脱落，超声在液体中传播时会产生正负交变的声压，形成射流，冲击清洗件，同时由于非线性效应会产生声流和微声流，而超声空化在固体和液体界面会产生高速的微射流，所有这些作用，能够破坏污物，除去或削弱边界污层，增加搅拌、扩散作用，加速可溶性污物的溶解，强化化学清洗剂的清洗作用。由此可见，凡是液体能浸到且声场存在的地方都有清洗作用，其特点适用于表面形状非常复杂的零件的清洗。尤其是采用这一技术后，可减少化学溶剂的用量，从而大大降低环境污染。基于上述原理，大功率超声波应用于清洗需要有两个前提条件：其一是超声波作用的环境(即介质)。超声波是需要在特点的条件下，才能够产生比较理想的清洗效果。这个条件就是有适当的作用环境(即超声波发射到合适的介质中)的；而且，该介质(比如液体)应易于在超声波的作用下，产生空化效应。其二是要有强烈的超声波声源。换句话说，超声波的声强(单位面积的超声波功率)必须达到一定的阈值，才能够产生空化。在这样的条件下，此超声波作用的环境(介质)就是一个超声波清洗场。所有在这个清洗场中的物体，都会受到强烈的空化作用，即清洗作用。

对于超声波的传播，金属是比较好的传播介质，特别是铝合金，其次是钛合金，合金钢，等等。塑料之类的非金属材质传播效果较差，尼龙材质的牙刷刷毛传播效果会更差。而空气，几乎就是超声波的绝缘体。空化作用是超声波有清洗效果的关键，空化是要在液体中才能够发生，空化在水中是比较容易实现的。空化需要有一定的超声波强度，业内称作空化阈。单位面积的超声波功率(不是总功率)达不到空化阈值，空化还是无法产生，该数值通常需要达到0.2W/CM²以上。因此，如果存在以下任何一种情形的，都属于伪超声：超声波是通过塑料或尼龙等非金属材料传播的、超声传播介质没有与牙齿直接接触的、在牙齿表面没有水的(有水才能够比较容易产生空化)、声强(单位面积超声波功率)过低的。

长久以来的冲牙器中始终未能实现真正的超声波清洗，其主要原因，其一是没有合适的、小型而功率聚焦的超声波发射系统。包括超声波生产、传输、聚焦、发射。特别是传输、聚焦和发射部分，金属几乎是唯一的选择。其二是没有能够满足空化所需要的水环境。正如上文提到的，大功率超声波应用于清洗需要有两个前提条件：其一是超声波作用的环境(即介质)。超声波是需要在特点的条件下，才能够产生比较理想的清洗效果。这个条件就是有适当的作用环境(即超声波发射到合适的介质中)的；而且，该介质(比如液体)应易于在超声波的作用下，产生空化效应。其二是要有强烈的超声波声源。换句话说，超声波的声强(单位面积的超声波功率)必须达到一定的阈值，才能够产生空化。在这样的条件下，此超声波作用的环境(介质)就是一个超声波清洗场。所有在这个清洗场中的物体，都会受到强烈的空化作用，即清洗作用。

因此，如何实现设计一种真正利用超声波清洗技术，且适合普通人群日常清洁使用的超声波冲牙器，是需要付出创造性劳动的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种超声波冲牙器。该冲牙器能实现真正意义上的超声波清洁。

为解决技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种超声波冲牙器，包括末端具有喷孔的手持部件；所述手持部件包括手持本体和出水部件；手持本体中内置换能器，出水部件中内置发射头，换能器与发射头相接；手持本体和出水部件均具有输水通道且相互连通，手持本体输水通道的首端与输水管连通，出水部件输水通道的末端与喷孔连通，出水部件的输水通道与发射头的末端相接。

作为改进，所述手持部件是可拆卸的，手持本体与出水部件通过螺纹或卡装方式实现连接。

作为改进，还包括通过电缆与换能器相连的超声波驱动电源，其设置方式是下述的任意一种：

(1)超声波驱动电源设于手持本体中，且通过导线连接至供电电源；或

(2)还包括一个主机，超声波驱动电源设于主机中，超声波驱动电源通过电缆与换能器连接。

作为改进，所述电缆与输水管并列设于同一个保护套管内。

作为改进，所述主机设有水箱，输水管接至水箱中。

作为改进，所述输水管上设有用于连接供水设备的卡装快接头或螺纹连接头。

作为改进，所述出水部件的端部具有弯折部位。

作为改进，所述发射头的末端在弯折部位处与出水部件的输水通道相接。

作为改进，所述输水通道的设置方式是下述的任意一种：

(1)换能器设有纵向贯通的通孔且作为手持本体的输水通道的一部分，即输水通道贯穿换能器之后连接至出水部件的输水通道；或

(2)换能器为实心部件，手持本体的输水通道并列布置于换能器的侧边；或

(3)发射头设有纵向贯通的通孔且作为出水部件的输水通道的一部分，即输水通道贯穿发射头之后连接至喷孔；或

(4)发射头为实心部件，出水部件的输水通道并列布置于发射头的侧边或发射头装设于输水通道内；或

(5)换能器和发射头都设有纵向贯通的通孔，且分别作为手持本体和出水部件的输水通道的一部分，即输水通道贯穿换能器和发射头之后连接至至喷孔。

作为改进，所述换能器是夹心式压电陶瓷换能器。

本发明的有益效果在于：

1、利用超声波在水中的空化效应，实现对牙齿表面污垢的冲击、分离，最终使污层脱落，是真正意义上的超声波清洗。

2、无需过高的冲水压力，清洁效果好、便于操作且不会伤害牙龈组织。

3、超声波换能器集成在手柄中，能够最大限度减少衰减。

4、避免了超声波震动部件与口腔组织的接触，对人体没有任何影响。

5、换能器节点处的法兰盘，既是换能器的固定点，也是整个手柄的结合点。超声波发射头的辐射面，在输水通道的弯角处。这些设计能够让超声波系统的设计简单可靠，超声波的衰减也最小。

6、手持部件可分为两部分，其中的出水部件可更换，更能保持清洁卫生。

附图说明

图1为超声波冲牙器的结构示意图(发射头和换能器为中空)；

图2为超声波冲牙器的结构示意图(发射头和换能器为实心)；

图3为超声波冲牙器的结构示意图(出水部件内部空腔作为输水通道)；

图4为超声波冲牙器的结构示意图(增设主机用于放置水箱等配件)。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实现方式进行描述。

与现有的冲牙器类似，本发明中的超声波冲牙器包括一个末端具有喷孔1的手持部件。手持部件由手持本体2和出水部件3组成，两者可以固定连接，也可以设计为可拆卸式的。可拆卸式是指：手持本体2与出水部件3通过螺纹或卡装方式实现连接，这样便于更换出水部件3。

手持本体2中内置换能器4，出水部件3中内置发射头5，换能器4与发射头5相接(本实施例中是通过中心螺杆连接)。手持本体2和出水部件3分别具有输水通道6和输水通道7，且相互连通。输水通道6的首端与输水管8连通，输水通道7的末端与喷孔1连通。

输水通道6的设置方式可以有很多种，例如：换能器4设有纵向贯通的通孔且作为输水通道6的一部分，即输水通道6贯穿换能器4之后连接至输水通道7(图1所示)；或换能器4为实心部件，输水通道6并列布置于换能器4的侧边(图2所示)。

基于本发明的实现原理，发射头需要与清洗液体直接接触，才能实现超声波传导，产生空化效果。因此，本发明最具创新点的地方就是，让出水部件3的输水通道7与发射头5的末端相接，使超声波清洗技术得以真正实现。鉴于此，输水通道7的设置可以是以下方式：发射头5设有纵向贯通的通孔且作为输水通道7的一部分，即输水通道7贯穿发射头5之后连接至喷孔1(图1所示)；或发射头5为实心部件，输水通道7并列布置于发射头5的侧边(图2所示)或发射头5装设于输水通道7内，此时发射头5也是实心部件，出水部件3的外壳既是发射头的保护外壳，其内部空腔也是清洗液体的流经通道，发射头5浸入清洗液体中。(图3所示)。也就是说，清洗液体包围了几乎整个发射头5，受到发射头5超声波的强烈作用后，然后在喷口1射出。

超声波冲牙器所使用的水源可以是多种的，例如直接在自来水龙头上设快装接头或螺纹接头，与输水管8上所设接头实现快速对接，这样是利用自来水的水压输水。或者，将装有漱口水、口腔消毒液的容器与螺纹接头对接，在超声波清洁的同时可以进行消毒，此时需要在手持部件2中装设微型高压泵用于传输清洗液体。当然，也可以与现有冲牙器一样，设置一个带水箱的主机9，输水管8接至水箱中，主机9内装设微型高压水泵用于从水箱中泵出清洗液体(图4所示)。

作为技术实现的必要内容，超声波驱动电源10的设置方式如下：超声波驱动电源10通过电缆11与换能器4相连，且：超声波驱动电源10设于手持本体2中，并通过电缆13连接至供电电源；或者，超声波驱动电源10设于主机9中，超声波驱动电源10通过电缆13与换能器4连接。前一种设计对水源的使用更灵活，后一种则是类似现有冲牙器的供水方式。

本发明中，电缆13与输水管8可以并列设于同一个保护套管12内，这样更简洁、美观，便于使用。

作为使用上的功能需要，出水部件3的端部具有弯折部位，这样在清洗牙齿内侧时会更方便。为减少超声波的衰减，发射头5的末端在弯折部位处与输水通道7相接。

本发明中，发射头5、换能器4、超声波驱动电源10(控制单元)都可以直接运用超声波设备领域的现有技术。这些技术已被相关领域技术人员熟练掌握，需要做的也就是适应性地小型化或根据具体形状进行适应性调整。例如，发射头5可以采用恒振幅控制方式，能够在任意负载情况下，保持稳定的工作状态。换能器4采用夹心式压电陶瓷换能器，体积小、功率大、振动效率高。超声波驱动电源10(控制单元)可以采用自动频率跟踪，随时跟踪换能器4的谐振频率，确保换能器4的高效谐振。控制振幅的大小可调，以控制不同的超声波功率，即超声波强度，可以适应用户的不同需求。对于这些内容，本发明不再赘述。

Claims (9)

1.一种超声波冲牙器，包括末端具有喷孔的手持部件；其特征在于，所述手持部件包括手持本体和出水部件；手持本体中内置换能器，出水部件中内置发射头，换能器与发射头相接；手持本体和出水部件均具有输水通道且相互连通，手持本体输水通道的首端与输水管连通，出水部件输水通道的末端与喷孔连通，出水部件的输水通道与发射头的末端相接；

所述手持部件是可拆卸的，手持本体与出水部件通过螺纹或卡装方式实现连接。

2.根据权利要求1所述的超声波冲牙器，其特征在于，还包括通过电缆与换能器相连的超声波驱动电源，其设置方式是下述的任意一种：

(1)超声波驱动电源设于手持本体中，且通过导线连接至供电电源；或

(2)还包括一个主机，超声波驱动电源设于主机中，超声波驱动电源通过电缆与换能器连接。

3.根据权利要求2所述的超声波冲牙器，其特征在于，所述电缆与输水管并列设于同一个保护套管内。

4.根据权利要求2所述的超声波冲牙器，其特征在于，当包括一个主机时，所述主机设有水箱，输水管接至水箱中。

5.根据权利要求1至3任意一项中所述的超声波冲牙器，其特征在于，所述输水管上设有用于连接供水设备的卡装快接头或螺纹连接头。

6.根据权利要求1至3任意一项中所述的超声波冲牙器，其特征在于，所述出水部件的端部具有弯折部位。

7.根据权利要求6所述的超声波冲牙器，其特征在于，所述发射头的末端在弯折部位处与出水部件的输水通道相接。

8.根据权利要求1至3任意一项中所述的超声波冲牙器，其特征在于，所述输水通道的设置方式是下述的任意一种：

(1)换能器设有纵向贯通的通孔且作为手持本体的输水通道的一部分，即输水通道贯穿换能器之后连接至出水部件的输水通道；或

(2)换能器为实心部件，手持本体的输水通道并列布置于换能器的侧边；或

(3)发射头设有纵向贯通的通孔且作为出水部件的输水通道的一部分，即输水通道贯穿发射头之后连接至喷孔；或

(4)发射头为实心部件，出水部件的输水通道并列布置于发射头的侧边或发射头装设于输水通道内；或

(5)换能器和发射头都设有纵向贯通的通孔，且分别作为手持本体和出水部件的输水通道的一部分，即输水通道贯穿换能器和发射头之后连接至喷孔。

9.根据权利要求1至3任意一项中所述的超声波冲牙器，其特征在于，所述换能器是夹心式压电陶瓷换能器。