CN116528796A - 用于表面清洁装置的清洁单元 - Google Patents

Abstract

提出了一种表面清洁装置，其基于传播到待清洁表面上的超声和射频电磁发射的组合使用，以提供协同的清洁动作。一个方面提供了一种清洁单元，该清洁单元包括主体，该主体包括超声换能器装置和RF发射器装置，并且其中这两者被布置成使得当由相应的驱动信号驱动时，产生在公共空间区域中重叠的超声和RF发射(用于提供清洁动作)，从而在公共空间区域中提供组合的清洁动作。一个示例性应用是用于口腔清洁的用途。

Description

用于表面清洁装置的清洁单元

技术领域

本发明涉及一种用于表面清洁装置的清洁单元。

背景技术

表面清洁是在一系列不同应用领域中采用的任务，这些应用领域可以包括家庭、工业、机构和健康保健领域。

在健康保健领域内，表面清洁装置可用于清洁牙齿表面，作为口腔健康保健功能的一部分。

牙齿清洁和牙龈疾病预防是口腔卫生的重要部分。它涉及从牙齿上除去牙膜、牙斑和牙垢以预防龋齿、牙龈炎和牙周病。目前，手动和电动牙刷是最常见的牙齿清洁工具。其通常由紧密聚集的刷毛头部(刷头)组成，在其顶部可施加牙膏，刷毛头部(刷头)被安装在手柄上，促进清洁口腔的难以到达区域。其他示例性口腔清洁装置包括电动接口(powermouthpiece)装置。在操作中，电动牙刷进行快速振荡刷毛运动，例如前后振荡、旋转振荡或振动，以清洁牙齿。如果以声速控制运动，这被称为声波刷牙。声波牙刷在从20Hz到20,000Hz的可听频率范围内产生运动或振动。

目前，所有牙刷在刷头上具有刷毛。刷毛通常由不能生物降解的尼龙制成，其在处理后构成环境污染的重要来源。通常推荐较软的刷毛更好地用于刷牙，因为如果使用较硬的刷毛，可能会造成不希望的牙釉质磨损和牙龈组织损伤。

在清洁牙齿中，刷牙从牙齿表面清洁或扫除两种类型不想要的沉积物：牙斑和外来污渍。在牙科中，牙结石或牙垢是硬化牙斑的一种形式。一旦形成，结石就牢固地附着并且太硬而不能通过普通的电动牙刷或手动牙刷去除。如果每24小时不除去，牙垢硬化成结石。目前可用的电动牙刷和牙线无法清除结石。相反，牙医必须使用特殊的超声器械或牙科手持器械(例如牙周洁刮器)清除牙结石。

最近的发展已经看到在牙刷装置中结合了射频(RF)产生元件，结合了刷毛的声振动。射频发射对于某些材料具有介电加热效应，其提供牙齿表面上的牙斑的软化或“熔化”。这有助于用电动牙刷去除牙斑。然而，效果仅仅是有限的，并且该技术仍然不能提供结石去除。它也不会在刷毛不能机械访问的区域提供任何清洁效果。

通常寻求表面清洁装置领域的改进。

发明内容

本发明由权利要求限定。

根据依据本发明的一个方面的示例，提供了一种用于表面清洁装置的清洁单元，该清洁单元包括：

主体；

由主体承载的超声换能器装置，换能器装置包括一个或多个超声换能器，适于响应于一个或多个驱动信号而产生超声发射；

由主体承载的电磁发射器装置，电磁发射器装置适于响应于射频驱动信号的供应而产生射频电磁发射；

其中该超声换能器装置和该发射器装置被布置成用于产生在空间上重叠的超声发射和EM发射，以允许对待清洁的表面同时进行超声和RF刺激。

换能器装置和/或发射器装置可以被容纳在主体内。

本发明的实施例基于使用超声刺激和RF电磁刺激的组合来实现改进的表面清洁的概念。向表面施加RF波可以实现对表面上的沉积物的介电加热。这会导致沉积物的软化或熔化。这可以使这些沉积物更容易除去。表面的超声刺激可以在存在与待清洁表面接触并位于该表面和超声换能器之间的液体层的情况下引起空化(cavitation)。已知空化对表面具有研磨作用，其可用于从表面清洁污染物。RF与超声波的结合使用，由于污染物在施加超声波的同时被电磁软化，因此提高了来自空化的清洁效果。这导致改进的清洁效果。

清洁单元可以是完全无源的部件，不包括有源电子部件，并且其中超声和RF发射仅响应于外部产生的驱动信号的施加而被激励。然而，这在所有实施例中不是必需的。

在一些实施例中，清洁单元包括在主体的(外部)表面上的突起或清洁元件的布置。这些可以用于在使用期间执行清洁功能。

突起或清洁元件可以被承载在主体的一个面上。

突起或清洁元件可用于在使用期间与待清洁的表面进行操作性接触，以使能机械清洁动作。

本发明实施例的一个有利应用是用于口腔清洁。这里，清洁单元可以是用于口腔清洁装置(诸如牙刷型装置或接口装置(mouthpiece device))的清洁单元。然而，实施例备选地用于广泛范围的其它表面清洁应用。

在一些实施例中，清洁单元可以是用于可释放地联接到清洁装置的基部单元(例如手柄)的附件，其中基部单元结合有用于RF驱动信号和超声驱动信号的源。在其它实施例中，清洁单元可以形成更宽的清洁装置的整体部分。

在一些示例中，清洁单元可以被配置为使得当被相应的驱动信号驱动时，超声发射和RF发射从清洁单元主体沿公共的方向和/或朝向公共的空间区域(例如公共的焦点区域、平面或点)传播。这允许对待清洁表面同时进行超声和RF刺激。

根据一个或多个实施例，该主体可以包括形成该主体的第一面的第一外表面，该第一面用于在使用期间邻近待清洁的表面定位；并且其中该换能器装置和该电磁发射器装置各自被布置成产生在从该第一面的至少一部分向外的方向上传播的发射。

第一面形成清洁单元的发射输出面。换能器装置和/或发射器装置可以被容纳在主体内。RF和超声发射可以经由通过第一面的传输从主体向外传播。

RF发射和超声发射可以沿着公共传播路径从主体传播。

在一个或多个实施例中，该主体可以在结构上被配置为允许将该主体的所述第一面定位成邻近待清洁的表面、与该表面相距5mm或更小的距离。作为示例，第一面可以包括平面，或者可以承载突出元件阵列，其中突出元件阵列距第一面的最大高度不大于5mm。

根据一个或多个实施例，主体可以包括声波引导元件，声波引导元件被布置为接收来自超声换能器装置的超声发射，并且将发射重定向为沿着离开和/或远离主体的预定义的一个或多个传播路径。

波引导元件允许对超声发射的输出方向进行更大的控制，这例如使得发射能够被引导到期望的平面、点或区域。通过将主体定位成使得待清洁的表面位于波被重定向到的空间区域内，表面被波超声激励。

超声换能器装置和波引导元件可以被容纳在主体内。该一个或多个路径可以从该主体中穿出以用于被待清洁的表面拦截。一个或多个路径可以通过第一表面从主体中穿出。

发射器装置可以被布置成在使用中产生发射，发射沿着与重定向元件实现的相同的一个或多个传播路径被引导。在一些示例中，发射器装置可以被布置成使得其发射也被波引导元件接收和重定向。

声波引导元件可适于将接收到的声发射聚焦成一个或多个超声波束，一个或多个波束沿一个或多个传播路径被引导。这里，波引导元件还执行波束聚焦功能。

在一些示例中，声波引导元件可以包括一个或多个抛物面声学反射器。这提供了用于聚焦和引导超声发射的结构上简单的布置。

根据一个或多个实施例，主体可以包括超声屏蔽部件，超声屏蔽部件被布置成抑制超声波在一个或多个方向上从主体传播离开。

例如，主体还可以包括第二外表面，并且形成主体的第二面，并且其中屏蔽件被布置成抑制超声波从第二表面传播离开。第二外表面例如可以在主体的与第一外表面相反的一侧上。例如，这在口腔清洁应用中可用于防止超声波传播出清洁单元主体的表面，表面在使用中面向非目标口腔表面和组织，例如牙刷头部的后部。

屏蔽部件可以阻挡超声发射。

屏蔽部件可以是由超声衰减材料例如泡沫材料形成的主体。屏蔽部件被布置成拦截从清洁单元的主体内侧朝向主体的某一个或多个外部边界的超声波传播。

在一些实施例中，屏蔽部件可以包括多层泡沫元件，该多层泡沫元件包括具有不同相对声阻抗水平(相对于彼此)的材料。

根据一个或多个实施例，清洁单元还可以包括定位在第一外表面和超声换能器装置的输出表面之间的阻抗匹配层。阻抗匹配层提高了超声换能器和主体的第一面之间的超声传输效率。

根据一个或多个实施例，该主体可以包括外部第一面，并且其中该换能器装置被布置成用于在操作中产生从该第一面的至少一部分向外传播的超声发射，并且

其中该第一面承载从该第一面向外延伸的多个突起的布置，多个突起用于在使用期间与待清洁的表面进行操作性接触，以使能机械清洁动作，并且其中多个突起从该第一面延伸到的最大高度小于或等于5mm。

突起由第一面的至少一部分承载，超声换能器装置的超声发射被布置为通过该第一面的至少一部分传输。这样，当第一面施加抵靠待清洁表面时，突起将在空间上对应于将被超声激励的待清洁表面的区域。这使得在操作期间能够同时进行待清洁表面的公共区域的机械和超声(和RF)清洁动作。

5mm的最大高度确保清洁单元主体的输出面与待清洁表面之间的最大间隔。这对于当突起被施加抵靠待清洁表面时使在清洁单元面和待清洁表面之间行进的超声波的衰减最小化是重要的。这增强了清洁效果。行进通过相邻突起之间的空间的波和行进通过突起本身的波两者都减小了衰减。

例如，在口腔清洁的应用领域中，这标志着口腔清洁单元的标准结构设计的变化，其中清洁单元的主体通常设置有从主体的一个面直立的细长刷毛，这迫使所述面和牙齿表面之间的间隔远大于5mm。这将导致超声发射的衰减增加，因为超声波必须行进通过更大的距离以到达表面。这也减小了空化效应，因为一旦声波到达待清洁的表面，发射的超声功率减小。通过使用较短的突起，空穴效应被增强，导致改进的清洁功效。

突起可以全部处于相同的高度，或者可以在高度上不同。例如，突起的远端可以限定高度可以变化的上表面轮廓或包络，并且其中上表面轮廓或包络距第一表面的最大高度不大于5mm。

根据一个或多个实施例，每个突起可以是整体形成的结构，即，是整体式的。

根据一个或多个实施例，突起可以包括隆起或凸台。突起可以是点(例如微点)。突起可以包括脊。突起可包括刷毛或刷毛束。

根据一个或多个实施例，突起可以由肖氏A级硬度在5至120之间，优选地在10至100之间，并且更优选地在20至70之间的材料形成。

超声波的衰减相对于传输超声波的介质的体模量减小。例如，软尼龙刷毛由于其相对柔软而成为相对较差的超声波传输介质。介质越硬，行进通过介质的声波的衰减越低。

根据一个或多个实施例，主体可以至少包括第一部分和第二部分，其中第一面被第一部分包括，并且其中第一部分可以从第二部分拆卸，并且其中第二部分包括换能器装置和发射器装置。这允许替换主体的承载突出元件的部分。这允许定期更换这些机械清洁元件，而不需要同时更换换能器或发射器。

在一些示例中，第一部分可以是整体形成的结构(即整体式的)。这意味着突起的布置与突起从其突出的表面整体形成。

根据一个或多个实施例，该清洁单元可以用于口腔清洁装置，并且其中该主体用于被接纳在用户的口中。

在这种情况下，待清洁的表面可以是牙齿表面。

当口腔使用时，组合的超声和RF发射有利地允许清洁在机械上难以访问的区域，例如牙龈和牙龈下区域。因此能够改善口腔清洁和口腔健康。

除了执行清洁功能之外，当口腔使用时，超声和射频发射的组合使用能够实现一系列有利的处理效果。例如，RF发射增强了牙龈组织灌注，这可以为发炎的牙龈提供愈合效果。例如，RF波提供成纤维细胞募集，并且超声波提供胶原类型转换。这些提供了相同的总体愈合反应的互补部分，但是组织修复的两种能量彼此协同地增强或加强。

清洁单元可形成用于口腔清洁装置的头部，例如用于插入口中的探针型清洁装置的头部。这可以采用与牙刷类似的结构形式，具有附接(固定地或可释放地)头部的手柄部分。

根据一个或多个实施例，超声换能器装置和/或发射器装置可以各自被布置成使得它们相应的发射从主体沿多于一个方向传播。

例如，根据一个或多个实施例，主体的至少一部分可以是管状的，并且其中主体包括管状的外表面，所述外表面形成RF和超声发射输出面。超声换能器装置可以被布置为使得超声发射沿多个方向远离输出面传播。

发射可以在围绕主体跨越360度的方向上发射。

根据本发明的另一方面，提供了一种表面清洁装置，该装置包括根据以上概述或以下描述的任何示例或实施例，或根据本申请的任何权利要求的清洁单元，或在使用中适于电耦合和机械耦合到该清洁单元。

该清洁装置包括：

超声驱动器模块，其可操作以产生一个或多个驱动信号，用于当驱动信号耦合到超声换能器装置时驱动超声发射的产生；以及

信号发生器，适于当驱动信号耦合到电磁发射器装置时产生用于驱动射频发射的产生的交变驱动信号。

在一些实施例中，表面清洁装置包括基部单元。例如，基部单元可以包括容纳超声驱动器模块和RF信号发生器的外壳。在一些实施例中，清洁单元可以可释放地耦合到清洁装置的基部单元。例如，清洁单元适于可释放地电耦合和机械耦合到基部单元。在另外的实施例中，基部单元可以被固定地附接到清洁单元。

清洁装置还可以包括控制器，该控制器与超声驱动器模块和信号发生器可操作地耦合，并且适于控制超声驱动器模块和信号发生器的同时激活，以同时产生超声驱动信号和交变RF驱动信号。这允许在操作中同时产生RF和超声发射。

清洁装置可以是口腔清洁装置。

清洁装置还可以包括机械驱动机构和机械联接臂，机械驱动机构可操作以提供声频振荡运动源，机械联接臂用于将声频振荡运动耦合到清洁单元。

还可以提供控制器，其适于控制超声驱动器模块、信号发生器和机械驱动机构以在装置的操作期间同时操作。

在优选示例中，信号发生器可以适于(或被控制)产生在1MHz-300MHz的频率范围内的驱动信号，用于引起由EM发射器装置发射在1MHz-300MHz的频率范围内的EM发射。

超声驱动器模块可适于(或被控制)产生驱动信号，用于产生20kHz-300MHz频率范围内的超声发射。根据一组实施例，该装置用于人类使用，并且其中超声驱动器模块适于(或被控制)产生驱动信号，该驱动信号用于使得产生小于10MHz的超声发射。

根据一组实施例，该装置用于非人类使用，并且其中该超声驱动器模块被布置成产生用于产生10MHz或更高频率的超声发射的驱动信号。

根据本发明的另一方面的示例提供了一种表面清洁方法，包括同时将超声发射和RF频率电磁辐射施加到待清洁的表面。

该方法还可以包括利用清洁元件或突起的布置与待清洁表面进行操作性接触。这可以用于使能机械清洁动作。这可以与超声发射和RF频率电磁发射的施加同时进行。

上述清洁元件或突起可以被承载在所述主体的(外部)表面上。清洁元件或突起可以被承载在主体的(外)面上。

超声发射和电磁发射的施加可以分别通过超声换能器装置和电磁发射器装置的操作来实现，并且优选地，其中超声换能器装置和电磁发射器装置被容纳、承载或以其他方式包括在形成用于清洁装置的清洁单元的至少一部分的公共主体中。例如，超声换能器装置和发射器装置可以被布置用于产生在空间上重叠的超声发射和EM发射，以允许对待清洁表面的同时超声和EM刺激。

超声发射和电磁发射的施加可以通过控制以下项而被实现：

超声驱动器模块，其可操作以产生一个或多个驱动信号，用于当驱动信号耦合到超声换能器装置时驱动超声发射的产生；以及

信号发生器，适于当驱动信号耦合到上述电磁发射器装置时产生用于驱动射频发射的产生的交变驱动信号。

在一些实施例中，该方法可以是计算机实现的，例如由控制器或由包括一个或多个处理器或控制器的处理装置实现，并且其例如与前述超声驱动器模块和信号发生器可操作地耦合。

本发明的另一方面可以提供一种包括代码部件的计算机程序产品，代码部件被配置为当在处理器或控制器上执行时使得处理器或控制器实现以上概述的方法，或者根据本公开中描述的任何实施例或示例的方法。

参考下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见并被阐明。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且为了更清楚地示出如何实现本发明，现在将仅通过示例的方式参考所附示意图，其中：

图1-图2示出了根据一个或多个实施例中的示例清洁单元的基本部件；

图3-图4示出了由该清洁单元的换能器装置和发射器装置进行的超声和RF发射的发射；

图5示出了根据一个或多个实施例的另一个示例清洁单元的截面；

图6示出了根据一个或多个实施例的示例清洁单元所包括的声波引导元件；

图7示出了另一示例清洁单元，其包括在暴露表面处的突起，用于机械清洁功能和/或声传输功能；

图8示出了包括在暴露表面处的突起的另一示例清洁单元；

图9示出了具有两个可分离部分的另一示例清洁单元，其中一个部分承载清洁突起，并且另一个部分包含换能器装置和发射器装置；

图10示出了具有用于沿多个方向发射超声和/或RF波的管状形式的另一示例清洁单元；以及

图11-图13示出了包括根据一个或多个实施例的清洁单元的不同示例清洁装置。

具体实施方式

将参考附图描述本发明。

应当理解，详细描述和特定示例虽然指示了装置、系统和方法的示例性实施例，但是仅用于说明的目的，而不旨在限制本发明的范围。本发明的装置、系统和方法的这些和其它特征、方面和优点将从以下描述、所附权利要求和附图中变得更好理解。应当理解，附图仅仅是示意性的并且没有按比例绘制。还应当理解，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。

本发明提供一种表面清洁装置，其基于传播到待清洁表面上的超声和射频电磁发射的组合使用，以提供协同的清洁动作。一个方面提供了一种清洁单元，该清洁单元包括主体，该主体包括超声换能器装置和RF发射器装置，并且其中这两者被布置成使得当由相应的驱动信号驱动时，产生在公共空间区域中重叠的超声和RF电磁辐射(用于提供清洁动作)，从而在公共空间区域中提供组合的清洁动作。

可选地，在一些实施例中，这可以与附加的机械驱动机构组合，该附加的机械驱动机构被布置成引起该清洁单元主体的声频振荡或振动，这进一步增强了清洁效果。机械振动进一步协同地增强超声空化。这提供了全面的清洁效果。

本发明实施例的一个有利应用领域包括口腔清洁装置，特别是牙齿清洁装置。牙齿清洁装置的一个领域是电动牙刷。

目前，现有技术中的大多数电动牙刷利用声波技术，其中刷毛以声波频率的振荡运动驱动。电机驱动的声波刷通常以大约1.5m/s或更高的速度提供每分钟24,000-72,000次运动，产生往复声压和剪切应力以从牙釉质表面去除牙斑。

已经提出了使用超声波技术的少量电动牙刷。在超声波牙刷中，压电晶体以每分钟20,000Hz或1,200,000脉冲的最小频率发射波以产生超声波运动。超声波可用于通过空化引起清洁效果。特别地，当液体存在于超声波源和待清洁的表面之间时，超声波引起的空化在表面产生许多纳米或微米尺寸的清洁气泡，其具有松散和去除碎屑和杂质的效果。因此，空化具有表面磨损效果。此外，构成牙斑的细菌链也可以通过高频低振幅超声波振动而分解。即使在刷毛不能机械访问的区域，例如在牙龈线下方高达5mm处，超声波效果也可以起作用。因此，虽然声波牙刷需要刷毛的物理运动来清洁牙齿表面和牙龈线，但超声波牙刷却不需要。

关于射频(RF)发射，如上所述，在一些MHz范围内的RF发射能够产生介电加热。特别地，RF辐射被结石所包含的结合水，特别是多糖和糖蛋白的羟基强烈吸收，所述多糖和糖蛋白是牙膜、牙斑和牙结石和结石沉积物的大组分。由于多糖和糖蛋白的比热非常低，RF辐射的吸收可引起快速加热并引起快速温度升高。这导致多糖和糖蛋白的软化或“熔化”。关于牙膜、牙斑和牙结石的牙齿沉积物，多糖、糖蛋白和结合水有效地用作“粘固剂/粘合剂”，无机矿物质(主要是磷酸钙晶体)有效地用作“聚集体”。因此，‘粘固剂’粘合剂的熔化或软化具有使来自牙齿表面的牙膜、牙斑和牙结石颗粒松动或软化的效果，使得它们更易于被机械地去除，例如通过摆动刷毛。

在操作中，RF加热诱导水、多糖和糖蛋白的渗透和瞬时加热。在暴露于RF辐射下，水分子(或多糖和糖蛋白中的羟基)中的偶极振荡暂时滞后于场的振荡。所产生的偶极子和场之间的相互作用通过加热导致能量损失。加热程度取决于偶极振荡和场之间的相位差。在水中，相位差取决于氢键网络的强度和程度。在自由液态水中，水的偶极子的运动发生在GHz频率(微波)处，而在更受限制的“束缚”水中，它发生在MHz频率(短无线电波)处，并且在冰中发生在kHz频率(长无线电波)处。因此，为了刺激加热牙膜、牙斑和牙结石沉积物中的结合水，MHz射频频谱中的电磁发射是最合适的。特别地，对于本发明的实施例，1MHz-300MHz范围内的RF发射是优选的。

本发明的实施例基于将射频电磁发射和超声波声音发射的使用结合用于表面清洁功能。这些具有协同相互作用，因为射频发射软化或熔化表面上的沉积物(例如牙齿表面上的牙斑)，然后使用由超声发射引起的空化效应提供这些沉积物的更有效去除。因此，射频发射增强了否则将由超声发射提供的清洁效果。由此也可以减少清洁时间。

使用射频和超声发射的组合的另一个好处是所得到的清洁装置可以与或不与机械清洁元件诸如刷毛一起使用。这是因为由射频发射提供的超声清洁效果的增强足以提供高效的表面清洁功能，而不必然需要表面的机械擦洗，如先前在现有技术装置中所要求的。然而，在本发明的实施例中，添加机械清洁可以进一步增强清洁效果。

此外，通过应用RF软化效应，可以减小所需的超声发射的振幅和强度，以及所提供的任何机械驱动的清洁元件的振幅和强度，而不会减小清洁效应。

在口腔清洁装置的特定应用中，超声和射频的组合还具有与口腔组织刺激相关的附加协同效应。例如，RF发射增强了齿龈组织灌注，可以为发炎的牙龈提供愈合效果。

图1-图2示出了根据一个或多个实施例的用于表面清洁装置的示例清洁单元12的基本部件。

清洁单元12包括主体14。主体可用作用于清洁单元的一个或多个部件的外壳。在一些示例中，主体可形成清洁单元的头部部分，该头部设置在清洁单元的远端处，并且耦合到远离主体的杆部13。这在图2中示出。

清洁单元12还包括由主体承载的超声换能器装置20。在图1-图2的示例中，超声换能器装置被容纳在主体14内。超声换能器装置包括适于响应于一个或多个驱动信号产生超声发射22的一个或多个超声换能器。还提供了到超声换能器装置的电源线(未示出)，用于提供驱动信号。

清洁单元12还包括由主体14承载的电磁(EM)发射器装置24。在该示例中，发射器装置被容纳在主体14内。电磁发射器装置适于响应于射频驱动信号的供应而产生射频电磁发射26。作为示例，发射器装置可以包括一个或多个导电元件，其可操作以用交变电流或电压驱动，从而感应来自电磁辐射元件的发射。然而，其它示例也是可能的，例如使用超材料。

超声换能器装置20和发射器装置24被设置用于产生在空间上重叠的超声发射和EM发射，以允许对待清洁表面30进行同时的超声和RF刺激。在操作中，发射可以同时产生，或者驱动信号可以以交替的方式提供给两个装置，但是其中发射被传播到两者之间公共的空间区域中，从而使得能够组合或协同地刺激待清洁表面的公共区域。

主体14包括形成主体的第一面16的第一外表面，该第一面用于在使用期间邻近待清洁的表面定位。换能器装置20和电磁发射器装置24各自被布置成产生沿从第一面16的至少一部分向外的方向传播的发射。

这在图3和图4中示意性地示出。为了便于说明，图3示意性地示出了与清洁单元的其它部件隔离的电磁发射器装置24。图3示出了响应于射频驱动信号(未示出)的供应而产生射频电磁发射26的发射器装置24。图3还示出了换能器装置20，其包括一个或多个超声换能器，并且适于响应于一个或多个驱动信号产生超声发射22。图4示意性地示出了操作中的清洁单元，其中发射器装置24和超声换能器装置各自被提供相应的驱动信号以产生相应的EM和超声发射。如图所示，发射器装置和换能器装置被布置成使得超声发射22和RF发射26逸出清洁单元主体14并且传播到公共空间区域中，由此在所述区域内接收的待清洁表面30能够由这两种发射激励。超声和RF发射可以同时产生，或者可以交替产生，例如以周期方式交替。

尽管在图1-图4的示例中，超声换能器装置20和EM发射器装置24被容纳或嵌入在主体14内，但这不是必要的。在另外的实施例中，这些元件中的一者或两者可以被承载在例如主体的表面上。

清洁单元可以是完全无源的，仅包括无源电子元件，并且其中有源驱动电子器件定位在清洁单元形成其一部分的清洁装置的独立单元或独立部分内。本发明的一个方面提供了单独的清洁单元，而没有驱动电子器件或作为其一部分的清洁装置的任何剩余部分。

超声换能器装置20和射频发射器装置24可以各自包括电源线，该电源线被布置为在操作期间接收相应的驱动信号。

关于超声换能器装置20，在不同示例中，这可以包括单个换能器元件，或者可以包括换能器元件阵列。可以使用任何类型的超声换能器。最常用的示例包括利用压电效应或磁致伸缩效应工作的换能器。

作为一个示例，可以通过将电子振荡器的输出施加到压电材料(例如锆钛酸铅(PdZrTi或PZT))的薄晶片上来产生超声波。因此，这提供了产生超声波的简单且相对低成本的装置。

使用磁致伸缩换能器能够是有益的，因为它们可以产生20kHz-40kHz范围内的高强度超声。

多种压电PZT陶瓷混合物可用于制造适用于本发明的超声换能器。也可以使用任何其它换能器材料，例如压电聚合物，例如单层或多层聚偏二氟乙烯(PVDF)，或结晶压电材料，例如铌酸锂(LiNbO3)、石英和钛酸钡(BaTiO3)。本领域技术人员将意识到用于实现超声换能器的多种选择。

超声换能器装置可以包括换能器元件的阵列，其中该阵列占据平面，或者占据弯曲的或轮廓化的平面或表面。提供弯曲阵列允许例如超声波的聚焦。

通常，可以基于以交变电流或电压的形式向换能器提供驱动信号来驱动超声换能器。这导致换能器主要沿一个轴线膨胀和收缩，并且与所提供的驱动信号的频率谐振或接近谐振。由此将电能转换成超声能。

关于该EM发射器装置，这可以包括一个或多个导电元件的布置，这些导电元件在被供应交变驱动信号时适于发射电磁辐射或交变电磁场(即，电磁发射)。EM发射的频率可以与交变驱动信号的频率相匹配。在其他情况下，该EM发射器装置可以形成谐振器电路的一部分，该谐振器电路包括谐振电容器并且其中可以通过调谐该谐振器电路的谐振频率来调谐EM发射的频率。

一个或多个导电元件可以包括一个或多个电极，或者可以包括一个或多个导电线圈。

在一些实施例中，作为使用导电元件的备选，发射器装置可以包括由超材料或电活性材料或能够响应于电驱动信号的施加而产生电磁辐射的任何其它材料形成的元件。

在操作中(并且如下面将进一步描述的)，根据一个或多个实施例，发射器装置可以用频率在1MHz-300MHz之间的驱动信号驱动。

尽管上述各种示例(并且在下文中更详细地描述)仅包括EM发射器装置，但是根据任何所讨论的实施例，清洁单元还可以包括用于感测电磁发射的装置。这可以通过提供一个或多个EM感测元件来促进。在其他示例中，相同的EM发射器装置可以用于感测，例如基于监测施加到发射器装置的驱动信号的电特性的变化。

该感测可以根据一个或多个实施例用于感测该发射器装置的所发射的EM场内的表面或物体的存在。这改变了EM场的特性，从而在到发射器装置的驱动信号的电特性的改变中可检测到EM场的特性。该感测可以附加地或备选地用于再次基于驱动信号的电特性的变化来感测正被清洁的表面的清洁水平。

然而，包括感测功能不是必要的，并且可以在这里描述的任何实施例中被包括或省略。

RF辐射的频率不同于超声发射的频率(以及清洁元件的任何可能的声振动的频率)，因此在它们之间不发生波干扰。

图5示意性地示出了根据一个或多个实施例的另一示例清洁单元12。以上关于图1-图4的清洁单元概述的所有特征和选项也可应用于图5的清洁单元。

在图5的示例中，清洁单元主体14包括声波引导元件34，该声波引导元件34布置成接收由超声换能器装置20产生的超声发射22的至少一部分，并且将发射重定向为沿着预定义的一个或多个传播路径，该发射被引导离开和/或远离主体14。声波引导元件可以是声学反射器元件。

声波引导元件34可以包括凹形重定向表面结构，并且超声换能器装置被布置成使得所产生的超声波在凹形表面上被接收。凹形表面适于反射所接收的声波(至少在超声频率范围内)。凹形表面被定向为使得所反射的波沿着一个或多个传播路径被引导，所述传播路径将波带到主体14外侧的公共空间区域，RF波也适于在操作期间在所述公共空间区域内传播。

声波重定向元件34例如可以采取抛物面声学反射器34的形式。

在一些示例中，声波引导元件34可适于将接收到的超声发射聚焦到超声波束或聚焦超声路径中，用于将聚焦超声能量提供到待清洁表面的局部点或区域上。尽管在图5中示出了单个声波引导元件34，但是在另外的示例中可以提供多个声波引导元件34。

声波引导元件34具有减少超声波能量通过定位在重定向元件的反射表面后面的清洁单元主体14的一个或多个边界损失的效果。在图5的示例中，超声波被阻止通过清洁单元主体14的相反侧17逸出。这是与主体的前面16相对的一侧，在操作中旨在通过该侧发射RF和超声发射。重定向元件还用于收集超声波能量并将该能量引导到清洁单元主体14外侧的受控且可预测的空间区域。

在一些示例中，清洁单元12可以与清洁装置结合使用，该清洁装置适于在声波频率处引起清洁单元的机械振动。声学重定向元件34可适于另外提供重定向声振动波的功能。这是可能的，因为声波和超声波遵循相同的声学反射定律。因此，施加到主体上的振动波可以沿着与超声波类似的方向被导向清洁单元主体14的前面16。这进一步促进了牙斑和外来污渍的松动和去除。因此，在这些示例中，反射器可以增强超声波和声振动的协同双清洁效果。

在优选示例中，声波引导元件34可适于沿一个或多个输出路径方向反射至少95％的所接收的声波。

声波引导元件34和超声换能器装置20之间的空间可以填充有声传导材料，以有助于超声波在换能器装置20和波引导元件34之间的有效传播。

声学引导元件，特别是声学反射器的材料、方法和结构对于本领域技术人员来说是很好的。作为示例，在文档中概述了可以在根据本发明的实施例中采用的合适的声学反射器：US 4146869A、US 3881056A、US 6417602和US 20020197182A1。

图6示出了操作中的示例声波引导元件34。声波引导元件是凹形声学反射器的形式。超声换能器装置20被布置成将超声发射22引导到反射器元件34的凹形表面上。超声发射22从凹形表面反射。由于其凹形表面形状，波被收集或聚焦成超声波束，该超声波束沿远离反射器元件的凹形表面的方向传播。聚焦的超声波由此离开清洁元件12的主体14，并且可以被接收在待清洁表面30的局部区域上。

在有利的示例中，清洁单元的主体14还可以包括超声屏蔽部件42，该超声屏蔽部件42布置成阻止超声波沿一个或多个方向从主体传播离开。超声屏蔽部件由声学衰减材料形成，以抑制超声波在操作期间沿非意定的一个或多个方向从主体逃逸或泄漏。例如，这在口腔清洁应用中可有益于防止超声波传播出清洁单元主体的表面，在使用中，清洁单元主体的表面面向非目标口腔表面和组织，例如牙刷头部的后部。

例如，在图5所示的实施例中，屏蔽部件42被布置成抑制超声波从主体14的背面17逸出。背面在主体的与主体的前面16相对的一侧，超声和RF波通过该前面16布置成被省略。

作为一个示例，超声屏蔽部件42可以由泡沫材料构成。泡沫材料自然包括多个空气气泡或其它气体气泡。超声波通过气态介质传输非常差。因此，泡沫提供了良好的衰减材料。在一些实施例中，屏蔽部件可以包括多层不同的材料，每种材料具有不同的声阻抗。在一些实施例中，屏蔽部件还可以包括一个或多个有源部件，例如能量转向装置，或加热、冷却、监测和/或感测元件。

在图5的示例中，超声屏蔽部件42被放置在声学引导元件34的反射表面后面。

在一个或多个实施例中，声学引导元件34和屏蔽部件42可以整体地形成为单个部件。在一些示例中，超声换能器装置20、声学引导元件34和超声屏蔽元件42可以全部形成为单个整体件。这提供了容易的制造，以及对随时间的损坏或退化的更大的稳健性。

根据一个或多个实施例，清洁单元12还可以包括定位在清洁单元主体14的外部第一面16和超声换能器装置20的输出表面之间的阻抗匹配层44。这在图5的示例中示出。

阻抗匹配层有助于将来自超声换能器装置20的超声能量最佳地声学耦合到清洁单元主体14的前面或表面16。最佳阻抗匹配可以至少部分地基于将阻抗匹配层44的厚度选择为将由使用中的超声换能器装置20产生的超声发射的预期波长的大约1/4来实现。

阻抗匹配层44的选择的材料和结构应当使得对EM发射器装置24的射频电磁发射的干扰最小化。其优选地由耐用材料制成，以使得其能够承受例如在操作期间主体的前面16相对于待清洁表面30的反复敲击。

可以提供一个或多个阻抗匹配层44。多层阻抗匹配部件可以提高声学传输的效率，特别是当从形成超声换能器的通常高阻抗材料传输到形成清洁单元14的主体的通常低阻抗材料时。作为非限制性示例，用于阻抗匹配层44或组件的适当材料可以包括环氧树脂、石墨或本领域技术人员已知的其它材料。

如上所述，最常见的是，清洁单元包括用于执行机械清洁功能的突出清洁元件。例如，许多清洁单元包括刷毛或其它突出的清洁细丝，用于摩擦牙齿表面，以用于提供擦洗效果，从而从表面去除沉积物。

由于超声发射和射频发射之间的协同相互作用，本发明的实施例的子集可以在没有这种机械清洁元件的情况下提供。例如，可以提供无刷毛的表面清洁单元。

根据另一组实施例，可以提供从清洁单元的发射输出面16突出的非常短的清洁元件的布置。清洁元件的高度优选地较小，以便在操作期间最小化在清洁单元的前面16和待清洁表面30之间声学传输的超声波的衰减。

现在将从各个有利实施例所解决的问题的简要背景开始更详细地概述与根据一个或多个实施例的清洁单元的机械清洁元件相关的各种选择。

如上所述，现有技术中的典型清洁单元设置有相对长的清洁元件或细丝，例如刷毛，以允许擦洗表面。这种长清洁元件的存在在超声发射装置内以及在声频振动的情况下引起许多有害的影响。特别地，长刷毛意味着在刷毛区的基部处的清洁单元的输出面和与待清洁表面进行操作性接触的刷毛的远端之间存在大的空间距离。这导致在单元的超声输出表面和待清洁的表面之间的大的空气空间，这对行进通过空气空间的波引起高度的超声衰减。此外，清洁刷毛的典型软材料是较差的声导体，并且还导致过多的声衰减。

更详细地，在声学中，声波和超声波通常作为压力的振动波通过气体、液体或固体传输介质传播。

所有声波都服从一组公共的物理特性，包括反射、折射、扩散、吸收和衰减规律。在流体环境中，将超声波限制到纵向传播；对于固体材料，波可以是纵向的或横向的(或两者的组合)。纵向超声波沿直线传输并且能够被聚焦。当超声波穿过其行进的介质的空间距离时，超声波逐渐衰减。

根据牛顿-拉普拉斯方程声速c与介质的体模量K与其密度ρ的比值的平方根成比例。

因此，声音在具有较低弹性的介质诸如钢和铁中传播得更快。在更多弹性的介质诸如橡胶、塑料和玻璃纤维中，声音传播较慢。当施加力时，这些介质容易变形。声波在通过固体时被衰减和/或吸收，当施加力时固体容易变形。通常，介质越硬，声音将通过越快。

然而，大多数市售表面清洁装置，特别是大多数牙齿刷洗装置使用包括软刷毛的刷头。在口腔清洁领域中，大多数装置中使用的软刷毛具有以下典型特性。

首先，刷毛通常由具有相对低的体模量的耐用尼龙(密度ρ为1.15g/cm³)制成，并且具有5mm-12mm之间的典型长度。软材料意味着刷毛将相对高地衰减任何传播的超声波。此外，由于较长的路径长度，当沿着刷毛固体材料本身传播时和通过刷毛之间的空间传播时，迫使波行进，刷毛的相对较长的长度也将导致高衰减。

其次，由于刷毛的相对较长的长度，在使用期间，刷毛簇和单个刷毛之间的空间的大部分长度填充有空气而不是液体。该空气间隙也增加了超声波衰减。特别地，例如与钢(固体，160GPa)、水(液体，2.2GPa)和橡胶(塑料，1.5GPa-2.0GPa)相比，空气的绝热体模量(142kPa)低到对声波传播具有显著的负面影响。刷毛簇和刷毛之间的空气空间防止在牙齿的目标部分上发生超声引起的空化。

上述两个特征有助于超声波传播的快速衰减，这继而导致较弱的超声波振动和空化，并且还导致较弱的声振动传输(在此提供)。因此这对表面(例如牙齿)的清洁功效具有影响。

根据本发明的至少一组实施例，通过使用清洁单元12可以至少部分地克服上述问题，该清洁单元12是无刷毛的或者仅包括短的机械清洁元件(例如短的刷毛或点)。它们距承载它们的表面的高度优选小于或等于5mm。

图7示意性地示出了根据一个或多个实施例的一个示例。图7仅示出了示例清洁元件12的主体14。图8示出了根据一个或多个实施例的另一示例。图8的示例性实施例包括与上述图5的示例相同的部件和特征，但是添加了突起52的布置50。

对于图7和图8的示例，主体14包括外部第一面16。超声换能器装置20被布置成使得在操作中产生的超声发射22从第一面的至少一部分传播离开。其中第一面16承载从第一面向外延伸的突起52的布置50。突起用于在使用期间与待清洁表面30进行操作性接触。例如，这可以用于使能机械清洁动作。突起还可以提供超声耦合功能。突起从第一面延伸到小于或等于5mm的最大高度h。

通过将突起52设置在5mm或更小的高度处，这显著地使超声发射必须在清洁单元主体14的输出面16和操作中待清洁的表面之间行进的距离最小化。如果清洁单元在使用中定位成突起的远侧尖端与待清洁表面接触，则距离保持在5mm以下。由此减小了超声衰减。

突起可以采取隆起、凸台、点(例如微点)、脊、钝尖、刷毛、细丝的形式，或突起的任何其他形式或形状。突起用于接触待清洁的表面。它们可用于提供基于突起在待清洁表面上的摩擦的机械清洁功能。在其他示例中，它们可以简单地提供声学传递函数，使得能够与待清洁的表面操作性地声学耦合。

通过仅提供短的突起，而不是包括长刷毛的刷毛区，产生较少的废物用于填埋。较短的突起也比长的刷毛更不易磨破和磨损，因此可以延长使用寿命。

长刷毛区也是致病微生物生长和指数传播的重要来源，特别是当清洁单元储存在相对潮湿的室温环境中时。因此，较短的清洁元件有助于减少微生物生长和繁殖的可用空间。

突起可以全部处于相同的高度，或者可以在高度上不同。例如，突起的远端可以限定高度可以变化的上表面轮廓或包络，并且其中上表面轮廓或包络距第一表面的最大高度不大于5mm。

突起越短，超声发射必须在输出面16和被清洁表面30之间行进的距离越短。因此，对超声发射造成的衰减较小。然而，对于许多应用来说，包括具有一定高度的突起是有益的，因为这些突起在与表面摩擦时提供研磨效果，这有助于表面清洁。≤5mm的高度是优选的，因为其优化了足够的高度以提供研磨效果，同时使超声波的衰减最小化。此外，对于其中在输出面16和待清洁表面30之间施加流体清洁剂的清洁应用(例如用于口腔清洁应用的牙膏)，≤5mm的间隔通常足够小，使得流体清洁材料在使用期间将完全填充突起之间的间隔，从而通过消除输出面16和待清洁表面之间的空气间隙来增强声传导。例如，对于口腔清洁应用的情况，豌豆大小量的牙膏的高度通常为≤±5mm。

根据一个或多个实施例的突起52可以例如具有0.1mm-2.0mm，优选0.5mm-1.0mm的直径。高度可以小于或等于5mm，优选0.3mm-4.0mm，更优选2.5mm-3.5mm。

在一些示例中，每个突起可以是整体形成的结构，即，是整体式的。

突起的外形可以是弯曲的或倒圆的。然而，这不是必需的，并且在另外的示例中，突起可以具有不同的形状，例如包括直边缘侧。例如，突起可以在平行于输出表面16的横截面中限定多边形形状。

突起可以采取隆起的形式，每个隆起是整体形成的结构。在一些示例中，突起可以采取点(微点)的形式。

多个突起可以由相同或不同的材料形成，并且可以具有相同或不同的纹理、尺寸和形状。突起52的布置50可以包括例如>100个突起。装置50可形成规则阵列或非规则结构。

在一些示例中，突起可以采取脊的形式，脊的高度为5mm或更小，例如高度为0.5mm-4.0mm。

在一些示例中，突起52的布置50和承载它们的外表面部分16可以整体地形成为单个部件。这可以例如通过诸如模制的技术或通过3D打印来实现。与刷毛相比，这提供了更简单的制造。

在口腔清洁应用的情况下，突起足够短，使得在操作期间，突起52或短刷毛之间的空间将在刷洗期间变得大部分被流体(例如唾液、水)和牙膏填充。因此，短的长度不仅减小了到待清洁表面的声路径长度，而且更好地确保了剩余的路径长度最佳地填充有流体，改善了声传输(与空气相比)。

根据一个或多个实施例，突起可以由肖氏A级硬度在5至120之间，优选地在10至100之间，并且更优选地在20至70之间的材料形成。如上所述，太软的材料导致超声波的过度衰减。由相对较硬的材料形成突起改善了通过突起到待清洁表面的超声波传输。已经发现，上述硬度范围提供了声衰减最小化之间的最佳平衡，同时不损害突起的总体弹性以防止由于过度脆性而破裂或断裂。

此外，如上所述，在更典型的清洁单元上的刷毛(例如，包括在电动牙刷装置中)通常由耐用的不能生物降解的尼龙制成。刷头的正常寿命为大约3-6个月，并且每年有数十亿的具有磨损刷毛的电动刷头被处理成填埋物。更短和更耐用的突起或更短的刷毛减少了产生的废物量。

根据一个或多个实施例，突起52由诸如纤维素塑料的生物可降解聚合物形成，以减少长期环境影响。

尽管在图7的示例中，清洁单元主体14仅在单个面上包括突起，但是在另外的示例中，突起可以设置在多个侧上。

根据一个或多个实施例，承载突起52的布置50的表面部分可以是清洁单元主体的可拆卸部分的表面。这允许在不替换清洁单元主体14的剩余部分(包含换能器装置20和EM发射器装置24)的情况下替换突出布置52。

图9中示意性地示出了一个示例。在该示例中，清洁单元主体14至少包括第一部分14a和第二部分14b，其中清洁单元的第一面16(发射输出面)由第一部分构成。第一部分适于可释放地附接到第二部分和从第二部分拆卸。第二部分14b包括换能器装置20和发射器装置22。

使用可拆卸的设计，突起的布置可以容易地附接或固定到清洁单元12的主体14上，并且当磨损时可以容易地移除以便更换。两者之间的物理附接装置可以包括例如滑动锁定装置、推入配合、卡扣配合、拉链或任何其它合适的物理保持机构。因此，当突出结构50被磨损时，它可以被容易地丢弃并且在填埋时占据较小的体积，并且不需要更换换能器和EM发射器。

在一些示例中，第一部分14a可以是整体形成的结构(即，整体式)。这意味着突起52的布置50与它们从其突出的表面16整体形成。

图1-图9中所示的示例示出了这样的示例，其中清洁单元被布置成使得超声和RF发射从清洁单元主体14从主体的单个面并且沿单个总体传输方向传播。根据一个或多个实施例，超声换能器装置20、发射器装置24和/或主体14可以被布置为使得超声和/或RF发射从主体在多于一个方向上传播。在一些示例中，发射可以在围绕主体跨越360度的方向上发射。

图10示出了一个示例。

在该示例中，清洁单元12的主体14的至少一部分是管状的。该主体包括管状的外表面，并且其中所述外表面形成RF和超声发射输出面。超声换能器装置20(未示出)被布置成使得超声发射沿多个方向远离输出面传播。EM发射器装置(未示出)还可以被布置成使得RF发射沿多个方向远离输出面传播。

作为示例，主体14可以包括内部管状支撑结构62，该内部管状支撑结构62被布置成承载、支撑或容纳超声换能器装置20和EM发射器装置24中的一者或两者。

作为示例，超声换能器装置(未示出)可以包括多个换能器元件，多个换能器元件安装在管状支撑结构62周围的一定范围的角位置处，使得超声发射从主体14沿一定范围的方向传播。对于EM发射器装置也是如此：多个EM发射器元件可以被设置在管状支撑结构62周围的不同角位置的范围处，使得在操作中，可以沿多个不同方向从主体14发射RF发射。

作为示例，超声换能器元件可以被布置成环形或管状阵列。

可选地，还可以提供声波引导元件。例如，筒形或管状声波反射元件可以相对于超声换能器的(例如环形)布置同轴地设置，即径向地插入超声换能器装置的后面。换句话说，管状声反射元件可以围绕清洁单元主体14的轴向中心布置，并且径向地布置在超声换能器元件的布置和主体14的轴向中心之间。这提供了围绕主体360°的超声反射动作。

尽管在图10中示出了管状支撑结构62的设置，但这不是必要的，并且超声换能器装置和EM发射器装置可以以不同的方式被支撑或安装在管状主体内，例如利用框架结构或使用支柱。

在图10所示的示例中，清洁单元主体14包括被承载在装置的管状外表面上的突起52的布置50。因此，突起的布置形成管状或环形的突起阵列。以上关于突起的布置概述的任何选项或特征可以同等地应用于本实施例的示例。

管状清洁单元主体可具有用于非人类用途的特别有利的应用，例如用于清洁管子或管道的内表面。

在操作中，可选地，机械运动发生器可以用于驱动清洁单元主体的振荡。这可以用于引起突起的远侧尖端的振荡或振动，以使它们在被施加抵靠待清洁的表面时能够执行机械清洁动作。例如，可以应用清洁单元主体14的声频振荡。

在非人类应用的背景下，在向EM发射器装置供应驱动信号时产生的射频发射可以实现对表面沉积物(如具有结合水和/或羟基基团的有机土壤)的介电加热。

根据一个或多个实施例，对于非人类应用，清洁单元可以包括辅助清洁功能的附加功能部件或特征，例如真空、化学喷雾，或用于引导清洁单元相对于表面的定位并感测清洁进程的一个或多个传感器。

根据本发明另一方面的示例提供了一种表面清洁装置70。

所提供的表面清洁装置可以包括根据以上概述或以下描述的任何示例或实施例或根据本申请的任何权利要求的清洁单元12。在其他示例中，所提供的表面清洁装置在使用中可适于电耦合和机械耦合到清洁单元12。

图11中示出了一个示例。清洁装置包括超声驱动器模块72，其可操作以产生一个或多个驱动信号，用于在驱动信号耦合到超声换能器装置20时驱动超声发射的产生。清洁装置还包括信号发生器74，其适于产生交变驱动信号，用于在驱动信号耦合到电磁发射器装置24时驱动射频发射的产生。

优选地，清洁装置还包括控制器86，其与超声驱动器模块72和信号发生器74可操作地耦合，并且适于控制超声驱动器模块和信号发生器的同时激活，以同时产生超声驱动信号和交变RF驱动信号。这允许在操作中同时产生RF和超声发射。备选地，控制器可以适于控制超声驱动器模块72和信号发生器74以产生

还可以提供信号互连，该信号互连被布置成在超声驱动器模块72和包括超声换能器装置20的清洁单元12之间提供固定或可释放的电互连。信号互连可以包括一个或多个导线互连。

在清洁装置适于可释放地耦合到清洁单元12的情况下，该装置可以包括电连接器78，其适于在清洁单元耦合到该装置时与清洁单元的对应电连接器电配合，配合的电连接器在装置中的驱动器和发生器与清洁单元中的换能器装置和发射器装置之间建立电互连。

图11示出了一个示例，其中清洁单元12可释放地耦合到清洁装置的基部单元76，该基部单元76具有容纳如上所述的清洁装置的超声驱动器模块72和RF信号发生器74的外壳。

图12示出了清洁单元12固定地附接(例如，整体地附接)到清洁装置70的基部单元76的示例。

图13示出了另一示例清洁装置70，其中清洁装置还包括机械驱动机构82和机械联接臂84，机械驱动机构82可操作以提供声频振荡运动源，机械联接臂84用于将声频振荡运动耦合到清洁单元12。

机械联接臂84从基部单元76的顶部延伸，并且被布置成延伸穿过清洁装置的清洁单元12的杆部13的内部空腔或通过其被接纳。杆部在远端被耦合到清洁单元的主体14(例如头部)。

机械联接臂将声波运动耦合到清洁单元的主体14。在操作中，这允许表面污染物的RF软化、待清洁表面处的超声引起的空化、和机械搅拌作用(例如擦洗或研磨，例如使用清洁单元主体的表面上的突起52的布置)的协同组合。

还可以提供控制器86，其适于控制超声驱动器模块72、信号发生器74和机械驱动机构82，以在装置的操作期间同时或交替地操作。

清洁单元12的杆部13还可以包括互连布线，以在基部单元76中的超声驱动器模块72和RF信号发生器74与清洁单元主体14中的超声换能器装置20和EM发射器装置24之间提供电互连。

根据示例性清洁装置70中的任一个，清洁装置的基部单元76可以还包括可再充电电源，例如电池，以提供用于超声驱动器模块72和RF信号发生器74的电源。

清洁装置70可以是用于清洁口腔表面的口腔清洁装置。

当口腔使用时，组合的超声和RF发射有利地允许清洁在机械上难以访问的区域，例如牙龈和牙龈下区域。因此，可以改善口腔清洁和口腔健康。

除了执行清洁功能之外，当口腔使用时，超声和射频发射的组合使用能够实现一系列有利的处理效果。例如，RF发射增强了牙龈组织灌注，这可以为发炎的牙龈提供愈合效果。例如，RF波提供成纤维细胞募集，超声波提供胶原类型转换。这些提供了相同愈合总体响应的互补部分，但组织修复的两种能量彼此协同增强或加强。

此外，当RF发射从牙齿表面去除矿物质并将它们拉回溶液中时，骨细胞能够将这些物质再循环至再钙化。再钙化具有降低进行侵蚀修复的牙齿敏感性的益处。这种效果也可以在例如牙龈线下方和附近的机械上难以访问的区域实现。

在优选示例中，信号发生器74可以适于(或被控制)产生在1MHz-300MHz的频率范围内的驱动信号，用于使得EM发射器装置24发射在1MHz-300MHz的频率范围内的EM发射。

超声驱动器模块72可适于(或被控制)产生驱动信号，用于产生20kHz-300MHz频率范围内的超声发射。根据一组实施例，该装置用于人类使用，并且其中超声驱动器模块适于(或被控制)产生驱动信号，该驱动信号用于使得产生小于10MHz的超声发射。

根据一组实施例，该装置可以用于非人类使用，并且其中该超声驱动器模块被布置成产生用于产生10MHz或更高频率的超声发射的驱动信号。这些频率对于人类使用可能是不安全的，但是对于非人类使用可能提供更强烈的空化并且因此提供清洁效果。

根据本发明的另一方面的示例提供了表面清洁方法，其包括同时将超声发射和RF频率电磁发射施加到待清洁的表面。

该方法还可以包括在施加超声发射和RF频率电磁发射的同时机械地擦洗待清洁表面。

该方法优选地利用设置在待清洁表面和超声换能器装置的至少声输出表面之间的水或其它液体层来执行。

在更具体的实施例中，该方法可以包括控制来自表面清洁装置的清洁单元的超声发射和射频电磁发射的发射。

在该组实施例中，该方法可以包括将一个或多个驱动信号提供给清洁单元的主体所包括的换能器装置，该换能器装置包括一个或多个超声换能器。驱动信号适于使换能器装置产生超声发射。

该方法还可以包括将一个或多个射频驱动信号提供给电磁发射器装置，该电磁发射器装置被包括在清洁单元的主体中。驱动信号适于使发射器装置产生射频电磁发射。

超声换能器装置和发射器装置被布置成用于产生空间上重叠的超声发射和EM发射，以允许对待清洁表面30的同时超声和RF刺激。

如上所述，实施例利用控制器。控制器可以用软件和/或硬件以多种方式实现，以执行所需的各种功能。处理器是采用一个或多个微处理器的控制器的一个示例，所述微处理器可使用软件(例如，微代码)编程以执行所需功能。然而，控制器可在使用或不使用处理器的情况下实施，并且还可实施为执行某些功能的专用硬件与执行其它功能的处理器(例如，一个或多个经编程微处理器及相关联电路装置)的组合。

可在本公开的各种实施例中采用的控制器组件的示例包括(但不限于)常规微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。

在各种实现中，处理器或控制器可以与诸如易失性和非易失性计算机存储器(诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM)之类的一个或多个存储介质相关联。存储介质可以编码有一个或多个程序，当在一个或多个处理器和/或控制器上执行时，该程序执行所需的功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内，或者可以是可传送的，使得其上存储的一个或多个程序能够被加载到处理器或控制器中。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。

单个处理器或其它单元可以实现权利要求中叙述的若干项的功能。

在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

如果在权利要求或说明书中使用术语“适于”，则应注意，术语“适于”旨在等同于术语“被配置为”。

权利要求中的任何附图标记不应解释为限制范围。

Claims (16)

1.一种用于表面清洁装置的清洁单元(12)，所述清洁单元包括：

主体(14)；

在所述主体的一个面上的突起或清洁元件的布置，用于在使用期间与待清洁的表面进行操作性接触，以用于使能机械清洁动作；

由所述主体承载的超声换能器装置(20)，所述换能器装置包括一个或多个超声换能器，所述一个或多个超声换能器适于响应于一个或多个驱动信号而产生超声发射(22)；

由所述主体承载的电磁发射器装置(24)，所述电磁发射器装置适于响应于射频驱动信号的供应而产生射频电磁发射(26)；

其中所述超声换能器装置和所述发射器装置被布置成用于产生在空间上重叠的超声发射和EM发射，以允许对待清洁的表面(30)同时进行超声和RF刺激。

2.根据权利要求1所述的清洁单元(12)，

其中所述主体(14)包括形成所述主体的第一面(16)的第一外表面，所述第一面用于在使用期间定位在待清洁的表面附近，并且

其中所述换能器装置(20)和所述电磁发射器装置(24)各自被布置为产生沿从所述第一面(16)的至少一部分离开的方向传播的发射。

3.根据权利要求1或2所述的清洁单元(12)，其中所述主体(14)包括声波引导元件(34)，被布置为接收来自所述超声换能器装置(20)的所述超声发射(22)，并且将所述发射重定向为沿着离开和/或远离所述主体(14)的预定义的一个或多个传播路径。

4.根据权利要求3所述的清洁单元(12)，其中所述声波引导元件(34)适于将所接收的所述声发射(22)聚焦为一个或多个超声波束，所述一个或多个波束沿着所述一个或多个传播路径被引导。

5.根据权利要求4所述的清洁单元(12)，其中所述声波引导元件(34)包括一个或多个抛物面声学反射器。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的清洁单元(12)，其中所述主体(14)包括超声屏蔽部件(42)，所述超声屏蔽部件(42)被布置为抑制超声波沿一个或多个方向从所述主体传播离开。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的清洁单元(12)，其中所述主体(14)包括外部第一面(16)，并且其中所述换能器装置(20)被布置成用于产生从所述第一面的至少一部分传播离开的超声发射(22)，并且

其中所述第一面(16)承载从所述第一面向外延伸的所述突起(52)的布置(50)，所述突起用于在使用期间与待清洁的表面(30)进行操作性接触，以用于使能机械清洁动作，并且其中所述突起从所述第一面延伸到小于或等于5mm的最大高度(h)。

8.根据权利要求7所述的清洁单元(12)，其中所述突起由肖氏A级硬度在5到120之间，优选地在10到100之间，并且更优选地在20到70之间的材料形成。

9.根据权利要求7或8所述的清洁单元(12)，其中所述主体(14)至少包括第一部分(14a)和第二部分(14b)，其中所述第一面(16)被所述第一部分包括，并且其中所述第一部分能够从所述第二部分拆卸，并且其中所述第二部分包括所述换能器装置(20)和所述电磁发射器装置(24)。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的清洁单元(12)，其中所述清洁单元用于口腔清洁装置，并且其中所述主体(14)用于被接纳在用户的口中。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的清洁单元(12)，其中所述主体的至少一部分是管状的，并且其中所述主体包括管状的外表面，所述外表面形成RF和超声发射输出面，并且其中所述超声换能器装置被布置为使得所述超声发射沿多个方向远离所述输出面传播。

12.一种表面清洁装置(70)，

根据权利要求1-11中任一项所述的清洁单元(12)；

超声驱动器模块(72)，所述超声驱动器模块可操作以产生一个或多个驱动信号，用于在所述驱动信号被耦合到超声换能器装置(20)时驱动超声发射的产生；以及

信号发生器(74)，所述信号发生器适于当所述驱动信号被耦合到电磁发射器装置(24)时产生用于驱动射频发射的产生的交变驱动信号。

13.根据权利要求12所述的表面清洁装置，其中所述表面清洁装置包括基部单元(76)，并且其中所述清洁单元(12)可释放地耦合到所述清洁装置的所述基部单元。

14.根据权利要求12或13所述的表面清洁装置(70)，其中所述清洁装置是口腔清洁装置。

15.根据权利要求12-14中任一项所述的表面清洁装置(70)，还包括机械驱动机构(82)和机械联接臂(84)，所述机械驱动机构(82)可操作以提供声频振荡运动源，所述机械联接臂(84)用于将所述声频振荡运动耦合到所述清洁单元(12)。

16.一种表面清洁方法，包括向待清洁的表面同时施加超声发射和RF频率电磁发射。