CN104771234B - 基于凹型清洗模套的超声波牙齿清洗装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于凹型清洗模套的超声波牙齿清洗装置。包括从下到上依次对接的水箱、水泵机座、换能器机座和外套筒，外套筒顶部连接有外套筒上盖；换能器机座内固定装有换能器，外套筒内安装有变幅杆，外套筒上盖顶端中心设有凸台，清洗模套底部侧面连接外套筒上盖，变幅杆顶端伸出清洗模套底部中间的开孔，清洗模套呈“凹”字型片状；水箱内装有水，水泵及电机组件连接有变径管接头，水泵及电机组件经软管与外套筒上盖外的清洗模套连接。本发明的清洗模套可采用3D打印技术成型，利用超声波空化效应进行超声波牙齿清洗，具有良好匹配性、安全卫生、制作简便，工作效果好；清洗范围是可同时覆盖牙周各个部位，工作效率高，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及了一种牙齿清洗装置，尤其是涉及了属于家庭日常生活用品技术领域的一种基于凹型清洗模套的超声波牙齿清洗装置。
背景技术
利用超声波清洁牙齿有效和专业，主要应用如医院的超声波洁牙机。基本原理是通过超声波发生器，产生一定频率的电信号至换能器，换能器将电能转换为超声波振动机械能，驱动工作头尖端。当工作头尖端接触牙齿时，振动产生的刮除或切削作用可去除牙齿上的菌斑和结石，同时产生的空化作用和超声激流，进一步起到研磨、抛光牙面效果。此设备充分利用了超声波振动和空化综合效应，对牙齿表面各种程度的牙垢、牙石等都有较好的清洁效果。超声波洁牙机是专业人员操作的医疗器械，人们一般会在产生严重牙垢时就医清理，定向性明确。超声波洁牙机不适用于家用日常生活中的牙齿清洗保健领域。
日用牙齿护理普遍使用普通牙刷、电动牙刷，其清理效果主要是刷毛运动驱使牙膏内微磨粒与牙齿齿面相对运动产生研磨和抛光效果。但由于口腔中牙齿形状的复杂性带来使用的繁复和难度，因此不正确的刷牙姿态、疏于定时刷牙等因素，均导致个体牙齿会有不同程度的逐渐损坏，我国民众中的牙齿保健效果不好，就医率高，医疗费用增加等均与此有关。
利用超声波清洗物品在工业和日用中已是一种有效方法，常用的超声波清洗装置是超声波清洗机，用于镜片、首饰等高保洁度物品的定期清洗。它的原理是由超声波发生器发出超声波电信号，高频电能通过换能器、变幅杆传递到清洗机容器的机体上，使得机体振动并带动容器中的水介质产生共振后的空化作用，在水介质中添加微量磨料后，振动产生的研磨力进一步加强空化效应，清洁和抛光物品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于凹型清洗模套的超声波牙齿清洗装置，其清洗模套可采用3D打印技术成型进行超声波牙齿清洗，克服了背景技术中的医用超声波洁牙机不适合家庭日常自用和超声波清洗机的结构特征不适合个人牙齿自我护理的技术问题。
为了达到上述目的，采用的技术方案是：
本发明包括从下到上依次对接的水箱、水泵机座、换能器机座和外套筒，外套筒顶部连接有外套筒上盖；水泵及电机组件通过水泵支撑板密封定位安装在水泵机座底部内孔台阶上，水箱顶端外侧通过螺纹连接水泵机座底部内孔壁上，水泵机座与水箱通过水泵支撑板隔离密封；换能器机座内固定装有换能器，外套筒内安装有变幅杆，变幅杆底部中心穿过换能器机座的顶盖后螺纹连接在换能器顶端中心的螺孔内，并被压紧在换能器机座的顶盖上；外套筒上盖顶端中心设有凸台，清洗模套底部侧面通过螺纹连接到外套筒上盖顶端凸台的中心孔中，变幅杆顶端穿过外套筒上盖凸台后伸出清洗模套底部中间的开孔，清洗模套呈“凹”字型片状，作为被咬合在牙齿的模套；水箱内装有水，水泵及电机组件的水泵进口连接有变径管接头，水泵及电机组件的水泵出口连接软管，软管依次密封穿过水泵支撑板、换能器机座的顶盖和外套筒上盖后与外套筒上盖外的清洗模套连接。
所述的外套筒上盖通过沉头螺钉连接有外套筒，外套筒通过内六角螺钉与换能器机座对接，换能器机座通过内六角螺钉与水泵机座对接，水箱通过螺纹连接在水泵机座底部。
位于清洗模套内的所述变幅杆顶端周面开有弧形槽，弧形槽上横向插有用于加强振动的振动调整片。
所述的变幅杆与外套筒上盖凸台内壁之间连接有用于密封的唇口密封圈和端面密封垫圈，唇口密封圈和端面密封垫圈之间的外套筒上盖凸台内壁设有内凸缘。
所述的清洗模套被牙齿咬合时，其“凹”字型片状的内表面与上、下排牙齿的内外牙齿面之间具有间隙，“凹”字型片状两侧的边缘与口腔中牙龈及内颚软组织紧密接触形成密封。
所述的水泵机座上设有水泵取电插口和超声波取电插口，分别连接水泵控制电路和超声波发生电路，水泵机座侧面安装有按键开关和圆翘板开关，按键开关、圆翘板开关分别连接水泵控制电路和超声波发生电路并作为控制开关。
所述的软管分别与水泵支撑板、换能器机座的顶盖和外套筒上盖之间均通过软管接头套密封连接。
所述的清洗模套由3D扫描和打印方式制成。
本发明对口腔中的牙齿、牙龈和上下内颚软组织表面的形状依次进行实体建模、数学建模、数据修形、结构设计，使建立的清洗模套内形和外形既容纳个体的上、下排牙齿，又能将超声波变幅杆和振动调整片的结构融合构建于其中，其上还留出水介质进入通道，从而使超声波空化清洗和研磨牙面作用得以实现。
本发明具有的有益效果是：
本发明能采用3D扫描技术和3D打印技术制作每一个个体或同一个个体不同阶段的、具有良好匹配性的、能放入口腔内咬合后密封内腔的清洗模套，安全卫生、制作简便；清洗原理是以水（或水加微研磨剂）为介质的超声波空化效应，工作效果好；清洗范围是可同时覆盖牙周各个部位，工作效率高。
本发明的结构和使用方式特征决定了其能避免个体不正确的刷牙运动方式，易于使用。超声波空化效应用于家庭日常护理牙齿，微研磨剂和水泡的空化微爆破作用能有效破坏细菌在龈袋及牙面各隐藏处里的初始寄生繁殖，能使牙齿齿面得到研磨和抛光，同时，通过水传递到牙龈表面的超声波能量进一步渗透到牙龈内部，作用于细胞膜后，加速血液循环，促进新陈代谢，可抑制牙肉炎症和牙龈出血，防止牙龈萎缩达到按摩牙龈、美白和坚固牙齿的保健作用。
本发明利用超声波空化效应，所起到的牙齿护理效果是目前各种家用牙刷所不能达到的。由此，本发明将家庭日常护理用品与逆向工程和3D打印技术应用紧密结合，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1是本发明的剖视结构图。
图2是本发明的等轴测图。
图3是本发明振动调整片横向插入变幅杆的局部放大图。
图中：1、换能器，2、外套筒，3、变幅杆，4、外套筒上盖，5、沉头螺钉，6、唇口密封圈，7、清洗模套，8、端面密封垫圈，9、水泵及电机组件，10、水泵机座，11、水箱，12、换能器机座，13、水泵支撑板，14、内六角螺钉，15、软管接头套，16、软管，18、变径管接头，21、水泵取电插口，22、超声波取电插口，23、圆翘板开关，24、按键开关，25、振动调整片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图1、图2所示，本发明包括从下到上依次对接的水箱11、水泵机座10、换能器机座12和外套筒2，水泵机座10和外套筒2均为套筒结构，水箱11顶端开口底端密封，换能器机座12底端开口顶端设有顶盖，外套筒2顶部通过沉头螺钉5连接有外套筒上盖4；水泵及电机组件9通过水泵支撑板13密封定位安装在水泵机座10底部内孔台阶上，水箱11顶端外侧通过螺纹连接水泵机座10底部内孔壁上，水泵机座10与水箱11通过水泵支撑板13隔离密封；换能器机座12内通过内六角螺钉固定装有换能器1，外套筒2内安装有变幅杆3，变幅杆3底部中心穿过换能器机座12的顶盖后螺纹连接在换能器1顶端中心的螺孔内，并被压紧在换能器机座12的顶盖上；外套筒上盖4顶端中心设有凸台，清洗模套7底部侧面通过螺纹连接到外套筒上盖4顶端凸台的中心孔中，变幅杆3顶端穿过外套筒上盖4凸台后伸出清洗模套7底部中间的开孔，清洗模套7呈“凹”字型片状，作为被咬合在牙齿的模套；水箱11内装有水，水泵及电机组件9的水泵进口连接有变径管接头18，水经变径管接头18进入水泵及电机组件9，水泵及电机组件9的水泵出口连接软管16，软管16依次密封穿过水泵支撑板13、换能器机座12的顶盖和外套筒上盖4后与外套筒上盖4外的清洗模套7连接，清洗模套7侧面开有小孔。
外套筒上盖4通过沉头螺钉5连接有外套筒2，外套筒2通过内六角螺钉14与换能器机座12对接，换能器机座12通过内六角螺钉14与水泵机座10对接，水箱11通过螺纹连接在水泵机座10底部。
如图3所示，位于清洗模套7内的所述变幅杆3顶端周面开有弧形槽，弧形槽上横向插有用于加强振动的振动调整片25。振动调整片25属于超声波共振组件之一，可方便地从“凹”字型厚度方向的上部或下部开口处，将其弧形槽紧配插入变幅杆3上端的弧形槽中，这样可方便更换不同的振动调整片25。通过更换不同形状的振动调整片25，在结构上具有了一定的阻抗变换和调谐余量，使清洗容腔中的超声波空化效果得到优化。
如图1所示，清洗模套7的外螺纹拧入外套筒上盖4，直至压紧端面密封垫圈8，这样便于更换不同的清洗模套7。
变幅杆3与外套筒上盖4凸台内壁之间连接有用于密封的唇口密封圈6和端面密封垫圈8，唇口密封圈6和端面密封垫圈8之间的外套筒上盖4凸台内壁设有内凸缘。
如图3所示，清洗模套7被牙齿咬合时，其“凹”字型片状的内表面与上、下排牙齿的内外牙齿面之间具有间隙，“凹”字型片状两侧的边缘与口腔中牙龈及内颚软组织紧密接触形成密封。
如图1、图2所示，水泵机座10上设有水泵取电插口21和超声波取电插口22，分别连接水泵控制电路和超声波发生电路，水泵机座10侧面安装有按键开关24和圆翘板开关23，按键开关24、圆翘板开关23分别连接水泵控制电路和超声波发生电路并作为控制开关，超声波发生电路由圆翘板开关控制，水泵控制电路由按键开关控制。
软管16分别与水泵支撑板13、换能器机座12的顶盖和外套筒上盖4之间均通过软管接头套15密封连接。
清洗模套7由3D扫描和打印方式制成。清洗模套7可通过3D扫描技术获取实体模型上的数据，可进行数学模型的局部数据重构，可通过3D打印技术制作。建立的清洗模套7能容纳不同个体的上、下排牙齿，能将超声波变幅杆3和振动调整片25构建于清洗模套中，并留有水箱11中水流进入的通道。
本发明清洁模套可采用3D扫描技术和3D打印技术制作的。利用快速凝固可塑性体的方法记录人的咬合痕迹，获取个体口腔中上、下排牙齿，牙龈部分及靠近牙龈的上下內颚部位仿形的实体模型；再通过逆向工程中3D扫描技术获取实体模的上、下排牙齿和牙龈部位数据，建立与实体模型形状结构一致的数学模型；通过对数学模型的局部数据重构和图像处理，融合设计了超声波振动需预留的变幅杆开孔、通水孔和安装螺纹接口，使其能方便的拧紧固定于外套筒上盖。
本发明的具体实施工作过程：
外接的水泵控制电路通过水泵机座10上的水泵取电插口21接通水泵及电机9，外接的超声波发生电路通过水泵机座10上的超声波取电插口22接通换能器1。
具体实施过程中，超声波发生电路可采用申请号为200920056541.0的实用新型专利中涉及到的电路结构，但本发明的电源采用外接电源接入，替换上述电路结构中的蓄电池。水泵控制电路可采用由15V直流电源、一开关、一滑动变阻器以及水泵电机组成的电路结构。其中，滑动变阻器用于保护电路，开关控制水泵启动与停止，水泵电机连接串联后的输出两端。
将本装置的清洁模套7放入口中咬合，压下按键开关24控制水泵及电机组件9，水箱11的水和微研磨剂通过变径管接头18进入水泵，水泵经软管16，进入清洗模套7和牙齿、牙龈及内颚软组织构成的密封容腔中。
压下圆翘板开关23，外接的超声波发生电路通过换能器1使压电振动变换为超声波振动；并通过变幅杆3、振动调整片25共振，转化为机械振动能量，使清洗模套7中的水和微研磨剂空化，对牙齿和牙龈进行清洁。
具体实施中清洗模套7制作方式可以为：采用快速凝固方法获取个体口腔中上、下排牙齿和牙龈的仿形实体模型后，通过逆向工程中3D扫描技术获取实体模上的上、下排牙齿和牙龈部位数据，建立与实体模型形状结构一致的数学模型；通过对数学模型的局部数据重构，使建立的清洗模套内形和外形状既容纳个体的上、下排牙齿，又将超声波变幅杆3和振动调整片25的结构设计构建在清洗模套7的数学模型中，还留出水箱11中水流进入通道；清洗模套7采用生物介质3D打印技术制作，结构形状上便于个体将清洗模套7放入口中；当上、下排牙齿咬合时，与清洗模套7之间构成容纳了牙齿的超声波清洗用水体密封腔；以水为超声波空化介质，清洗牙齿和牙周部位。
本发明整个装置结构简单、体积小、干净卫生、使用携带方便，另外由于本发明是超声波驱动水介质进行空化清洗牙齿面，因此相比与其他机械振动来驱动清洗的方式所消耗的功率更小，由此本发明具有显著的技术效果。上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于凹型清洗模套的超声波牙齿清洗装置，其特征在于：包括从下到上依次对接的水箱（11）、水泵机座（10）、换能器机座（12）和外套筒（2），外套筒（2）顶部连接有外套筒上盖（4）；
水泵及电机组件（9）通过水泵支撑板（13）密封定位安装在水泵机座（10）底部内孔台阶上，水箱（11）顶端外侧通过螺纹连接水泵机座（10）底部内孔壁上，水泵机座（10）与水箱（11）通过水泵支撑板（13）隔离密封；换能器机座（12）内固定装有换能器（1），外套筒（2）内安装有变幅杆（3），变幅杆（3）底部中心穿过换能器机座（12）的顶盖后螺纹连接在换能器（1）顶端中心的螺孔内，并被压紧在换能器机座（12）的顶盖上；外套筒上盖（4）顶端中心设有凸台，清洗模套（7）底部侧面通过螺纹连接到外套筒上盖（4）顶端凸台的中心孔中，变幅杆（3）顶端穿过外套筒上盖（4）凸台后伸出清洗模套（7）底部中间的开孔，清洗模套（7）呈“凹”字型片状，作为被咬合在牙齿的模套；水箱（11）内装有水，水泵及电机组件（9）的水泵进口连接有变径管接头（18），水泵及电机组件（9）的水泵出口连接软管（16），软管（16）依次密封穿过水泵支撑板（13）、换能器机座（12）的顶盖和外套筒上盖（4）后与外套筒上盖（4）外的清洗模套（7）连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于凹型清洗模套的超声波牙齿清洗装置，其特征在于：所述的外套筒上盖（4）通过沉头螺钉（5）连接有外套筒（2），外套筒（2）通过内六角螺钉（14）与换能器机座（12）对接，换能器机座（12）通过内六角螺钉（14）与水泵机座（10）对接，水箱（11）通过螺纹连接在水泵机座（10）底部。
3.根据权利要求1所述的一种基于凹型清洗模套的超声波牙齿清洗装置，其特征在于：位于清洗模套（7）内的所述变幅杆（3）顶端周面开有弧形槽，弧形槽上横向插有用于加强振动的振动调整片（25）。
4.根据权利要求1所述的一种基于凹型清洗模套的超声波牙齿清洗装置，其特征在于：所述的变幅杆（3）与外套筒上盖（4）凸台内壁之间连接有用于密封的唇口密封圈（6）和端面密封垫圈（8），唇口密封圈（6）和端面密封垫圈（8）之间的外套筒上盖（4）凸台内壁设有内凸缘。
5.根据权利要求1所述的一种基于凹型清洗模套的超声波牙齿清洗装置，其特征在于：所述的清洗模套（7）被牙齿咬合时，其“凹”字型片状的内表面与上、下排牙齿的内外牙齿面之间具有间隙，“凹”字型片状两侧的边缘与口腔中牙龈及内颚软组织紧密接触形成密封。
6.根据权利要求1所述的一种基于凹型清洗模套的超声波牙齿清洗装置，其特征在于：所述的水泵机座（10）上设有水泵取电插口（21）和超声波取电插口（22），分别连接水泵控制电路和超声波发生电路，水泵机座（10）侧面安装有按键开关（24）和圆翘板开关（23），按键开关（24）、圆翘板开关（23）分别连接水泵控制电路和超声波发生电路并作为控制开关。
7.根据权利要求1所述的一种基于凹型清洗模套的超声波牙齿清洗装置，其特征在于：所述的软管（16）分别与水泵支撑板（13）、换能器机座（12）的顶盖和外套筒上盖（4）之间均通过软管接头套（15）密封连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于凹型清洗模套的超声波牙齿清洗装置，其特征在于：所述的清洗模套（7）由3D扫描和打印方式制成。
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