CN2621627Y - 一种利用超声波清洁牙齿、按摩牙龈的牙刷 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种由振荡电路驱动压电换能器发出超声波并通过牙刷头上的刷毛将超声波传出、利用超声波清洁牙齿和按摩牙龈的牙刷，其主要特点是振荡电路为自激式振荡电路、自激式振荡电路与压电换能器之间接有匹配网络。该牙刷由于自激式驱动电路产生的交流电信号的频率可随压电换能器的谐振频率的变化而变化，而且接入的匹配网络可以提高整个振荡回路品质因数Q值，起到当换能器所承受的负载发生变化和随着使用时间的延长，压电换能器的谐振频率发生了偏离时，驱动电路输出的电信号的频率会自动调整到压电换能器现在的谐振频率点上以及振荡回路容易被较低的电源电压激励而产生振荡的作用。

Description

一种利用超声波清洁牙齿、按摩牙龈的牙刷

技术领域

本实用新型涉及一种由振荡电路驱动压电换能器发出超声波，并利用超声波清洁牙齿表面和按摩牙龈的牙刷，尤指一种有较高的电声转换效率、能定向高效传递声能的超声波牙刷。

背景技术

现有技术中，外型类似日常用牙刷，内藏超声能量发射装置，通过刷毛把超声波能量传递到牙齿表面，利用超声波能量的超声效应，起到洁齿的效果，解决了以往利用超声波洁齿存在的装置庞大，不宜作为普通使用者的日常洁牙用品，其效果也难于掌握的问题。

但由于目前这类牙刷仍存在电声转换效率低，声传输损耗大等缺点，致使超声波能量无法真正传递到刷毛的尖端而作用于牙面，起不到超声波牙刷应有的洁牙效果。

中国实用新型专利95203710.6公开了一种利用555振荡电路产生的超声频交流电信号直接用来驱动压电换能器发出超声波的牙刷，该牙刷发出的超声能量通过压电换能器周围的液体石蜡作为介质传递到刷毛的尖端，最终作用于牙面。该实用新型存在以下缺点：

1、上述振荡电路是独立工作的，其输出的交变电信号的频率是固定不变的，而压电换能器的固有谐振频率因使用老化或受负载的影响会发生漂移，偏离上述驱动电信号的频率，导致压电换能器的工作效率下降，其输出超声功率降低，严重的会导致压电换能器停止工作。

2、上述振荡电路输出的交变电信号是直接施加到压电换能器上的，其整个系统的工作效率低。因为一般振荡电路的输出阻抗较低，而压电换能器的输入阻抗较高，输出阻抗与输入阻抗无法做到匹配。

3、上述产品虽设置了频率调节和功率调节功能，此举为用户带来新的不便。要想调节振荡电路的工作频率与压电换能器的谐振频率相符，使压电换能器工作在谐振频率，以增加换能器的输出超声波功率，必须由专业人员借助专用仪器设备来实施，普通用户是不具备这方面的知识和手段的，因此实际上也难以获得多大的效果。

4、增加频率和功率调节功能，势必要增加实现该功能的相应的电子元件。这些元器件也会消耗电功率，致使最终施加到压电换能器上的交变电功率更低，压电换能器输出的超声功率也相应下降，另外，也增加了牙刷的体积。

5、其压电换能器采用的接收型压电陶瓷片，此类陶瓷片功率密度低，阻抗更高，声发射效率低，产生的超声功率也较弱。

6、压电换能器产生的超声波通过换能器周围的液体石蜡来传递。液体石蜡的声衰减性很大，使得微弱的超声波通过液体石蜡后变得更加微弱。

7、液体石蜡和刷毛根部固定刷毛的材料的形态存在差异，两种不同形态材料之间形成一个界面，传递到界面的超声波一部分被界面反射掉，剩余通过界面。即界面损失了超声波。

8、没有限制压电换能器输出超声波的方向，致使传递到刷毛的超声能量仅是其输出的一部分。

综上所述，此类产品振荡电路所提供的电信号的电功率比较弱，压电换能器的转换效率较差，所发射的超声能也较弱，再加上液体石蜡、刷毛对超声能量的吸收，在抵达刷毛尖端前，超声功率已消耗殆尽，无法起到松动牙垢、牙菌斑和破坏细菌的作用。

美国专利5546624号也公开了一种超声波牙刷，在该牙刷结构中，压电换能器在振荡电路中起到一个耦合电容的作用；振荡电路与换能器的连接导线焊接在压电陶瓷片两电极面上，并从一端延伸到另一端，每一电极面留下两个焊点，增加了压电陶瓷片固定层面与手柄固定刷毛的缝隙空间。此种结构有以下缺点：

1、驱动电路的负载阻抗适配范围窄，且仅适配低阻抗的压电换能器，对于高阻抗的压电换能器，驱动电路无法起振。

2、上述振荡电路的输出阻抗与压电换能器的输入阻抗不匹配，系统的工作效率低。

3、压电换能器产生的超声波能量通过上述缝隙传递到刷毛，缝隙会损失绝大部分的超声能量。

4、缝隙中空气与刷毛根部固定刷毛的材质的形态不同，存在的界面会阻碍超声波的传递，使传递到刷毛的超声波能量进一步减弱。

上述的不足导致超声波能量在传递到刷毛尖端之前也已消耗殆尽，更不会在牙齿表面引起超声效应，达到清洁牙齿的作用。

再者，综观所有的超声波牙刷，没有涉及到利用超声波牙刷产生的超声波能量在日常进行洁牙的同时，利用渗透到牙龈组织内部的超声波能量按摩牙龈和破坏杀死侵入牙龈组织内的致病细菌，防止和延缓牙龈的萎缩，抑制牙龈发炎和牙龈出血等问题。

发明内容

本发明创造的牙刷能提供一定剂量的超声波能量，使之能渗透到牙龈组织内部，加速牙龈组织的血液循环，促进新陈代谢，对牙龈起到按摩的作用，防止或延缓牙龈萎缩；同时可破坏和杀死侵入到牙龈组织内的致病细菌，抑制牙龈发炎和牙龈出血。

本发明创造的牙刷能定向高效地将超声波能量传递到使用者的牙齿和牙龈表面，并去除牙齿和牙龈表面的牙菌斑、牙垢和细小食物残渣，保持牙齿清洁，防治牙病的发生和复发。

具体的，本实用新型的目的在于提供一种超声波牙刷，该牙刷的驱动电路，其输出电信号的频率能自动跟随压电换能器的谐振频率点，使换能器始终工作在谐振频率点上，以保持获得最大的电、声转换效率。

另外，本实用新型的另一个目的在于提供的超声波牙刷，还设置了一个匹配网络，该匹配网络可以提高整个振荡回路的品质因数，使振荡回路容易被较低的电源电压激励而产生振荡，同时，与压电换能器配合，还能降低了匹配网络和压电换能器构成整体的输入阻抗，使之与驱动电路的输出阻抗匹配，进一步提高电传输效率。

再者，本实用新型的另一个目的在于提供的超声波牙刷，具有良好的声传播途径，尽量减少超声波在传播过程的损耗。

第四，本实用新型的另一个目的在于提供的超声波牙刷，其输出的超声波能量具有较好的定向性，能抑制或减弱其他模式的振荡，提高所需要方向振荡的转换效率。

本实用新型的目的由以下方案实现：

一种牙刷，包括手柄、牙刷头，手柄内部藏有电池、振荡电路和压电换能器，由振荡电路获得电池上的电压驱动压电换能器发出超声波，并通过牙刷头上的刷毛将超声波传出，其主要的特点是，振荡电路为自激式振荡电路。

为实现本实用新型的第二个目的：

上述方案中，在自激式振荡电路与压电换能器之间接有一个匹配网络。

为实现本实用新型的第三个目的：

上述方案中，压电换能器为发射型压电陶瓷片，压电陶瓷片的二个电连接点位于同一面，压电陶瓷片的另一面与牙刷头的刷毛托体之间有一粘结层，该胶层紧密牢固地粘结着压电陶瓷片和刷毛托体。

另外，上述方案中，发射型压电换能器与牙刷头刷毛托体之间有一粘结层，并且，刷毛托体的底面与刷毛根部的距离为1/2超声波波长的整数倍，刷毛长度也为1/2波长的整数倍。

为实现本实用新型的第四个目的：

上述方案中，压电陶瓷片的长度L和宽度W的尺寸为：12mm＜L＜25mm；3mm＜W＜8mm。

附图说明

图1为牙刷的结构图；

图2为驱动电路图；

图3为匹配网络图；

图4为压电陶瓷片。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作具体详述：

参照图1、图2和图3，本实施例的超声波牙刷，包括手柄1、牙刷头2、电池3、自激式电容三端振荡电路和由电容C和电感L构成匹配网络的电路板4、发射型压电陶瓷片5、一层极薄的胶层7和连接导线，其中，刷毛的长度取9.3mm，刷毛底部至胶层的距离取0.7mm，发射型压电陶瓷片5的二个电极51、52制成位于同一面，且其长度取19.5mm，宽度取6mm，发射型压电陶瓷片5的另一面由胶层7粘结于牙刷头刷毛托体21上，电池3提供的低压直流电能经自激式电容三端振荡电路4振荡放大后，转换成超声频交流电信号，施加于发射型压电陶瓷片5，由发射型压电陶瓷片5发射的超声波能量通过胶层7、牙刷头刷毛托体21、刷毛传递到牙齿和牙龈表面。

这样，传递到牙齿和牙龈表面的超声波能量一部分使牙齿和牙龈表面的牙膏产生空化，空化释放出来的巨大能量破坏和杀死粘附在牙齿和牙龈表面的致病细菌，松动牙齿表面和牙龈根部牙周袋里的牙垢及食物残渣，已松动的牙垢和食物残渣能很容易地通过常规刷牙运动去除，保持了牙齿表面和牙龈根部的清洁，能有效的防止牙垢的日积月累而形成牙石及致病细菌的繁衍生长，进而引发各种牙周疾病。传递到牙龈表面的超声波能量除了能起到清洁作用外，还有部分能量渗透到牙龈组织内，作用于细胞膜，通过超声波的机械作用和热效应，按摩牙龈组织，能加速牙龈组织的血液循环，促进新陈代谢，防止或延缓牙龈萎缩；能有效杀死和破坏侵入牙龈组织的细菌，抑制牙龈发炎、糜烂和出血。

压电陶瓷片的长度L和宽度W的尺寸选取下列任一组参数：L取12mm，W取3mm；L取25mm，W取8mm；L取12mm，W取8mm；L取25mm，W取3mm时，在其他条件不变的情况下，均能获得上述实施例的效果。

本实用新型具有如下优点：

首先，自激式驱动电路产生的交流电信号的频率是随压电换能器的谐振频率的变化而变化的，采用具有此特性驱动电路的好处是：驱动电路一旦和压电换能器相连接，驱动电路就会产生与压电换能器谐振频率相一致频率的交流电信号作用于压电换能器上，使压电换能器工作在谐振频率点上，由于接入的压电换能器的谐振频率不同，所产生的电信号的频率也不同，采用这种电路就可以做到无须调整驱动电路中所使用的任何一个电子元器件的参数，特别是当换能器所承受的负载发生变化和使用时间的延长，压电换能器的谐振频率发生了偏离时，驱动电路输出的电信号的频率会自动调整到压电换能器现在的频率点上，使换能器始终保持工作在谐振频率，保持最大的电、声转换效率。自激式驱动电路采用自激式电容三端振荡电路具有结构简单，占用空间小的特点，还具有较高的频率稳定度。

其次，本牙刷通过在驱动电路与压电换能器之间接入一个电容C和一个电感L构成的匹配网络，这样，不仅可以提高整个振荡回路的品质因数Q值，使振荡回路容易被较低的电源电压激励而产生振荡，输出超声频的交变电信号施加于压电陶瓷片上，发出超声波能量，而且还能降低匹配网络和压电换能器构成整体的输入阻抗，有利于使之与驱动电路的输出阻抗相匹配，提高电传输效率，另外，由于对电池电压要求的降低，能抑制整体结构上的增大。

再者，本例中，两条导线与压电陶瓷片连接的焊接点皆在压电陶瓷片的同一面上，压电陶瓷片的另一面没有焊接点，保持粘结面平整光洁，可以保证压电陶瓷片和刷毛托体能用极薄粘结胶层紧密牢固粘结，还可以保证压电陶瓷片产生的超声波垂直入射到刷毛托体，减少了超声波能量透过时的衰减。

另外，根据本牙刷采用的超声频率为1.6MHz的厚度方向的振荡模式的压电陶瓷片，即当发射型压电陶瓷片在谐振频率点工作时，是在厚度方向的两面同时向外发射超声波能量，由于构成压电换能器的压电陶瓷片同时存在多种振荡模式，各种振荡模式的谐振频率是不一样的，其电声转换效率也不同，为了提高厚度方向振荡模式的转换效率，必须要抑制或尽量减弱其他模式的振荡。依据本发明创造的选择，压电陶瓷片的长度L和宽度W的尺寸最好为：12mm＜L＜25mm；3mm＜W＜8mm，可以减弱在其他方向存在的振荡，以降低这些不需要振荡的电声转换效率，同时提高所需要的厚度方向振荡的电声转换效率。依据本牙刷的设计，压电陶瓷片电极采用如图4所示的形式，此电极形式能进一步减弱其他模式的振荡，进一步提高厚度方向振荡的转换效率。

还有的是，压电换能器发射的超声波能量通过粘结层、牙刷头刷毛托体、刷毛传递到牙齿和牙龈表面，粘结层可以起到声匹配的作用，刷毛托体的底面与刷毛根部的距离为1/2超声波波长的整数倍，刷毛长度也为1/2波长的整数倍，可以减少超声波能量在传输路径的损耗，提高传输效率。

Claims (10)

1、一种利用超声波清洁牙齿、按摩牙龈的牙刷，包括手柄、牙刷头，手柄内部藏有电池、振荡电路和压电换能器，由振荡电路获得电池上的电压驱动压电换能器发出超声波，并通过牙刷头上的刷毛将超声波传出，其特点在于，振荡电路为自激式振荡电路。

2、根据权利要求1的牙刷，其特征在于，自激式振荡电路为自激式电容三端振荡电路。

3、根据权利要求2的牙刷，其特征在于，在自激式电容三端振荡电路与压电换能器之间接有一个匹配网络。

4、根据权利要求3的牙刷，其特征在于，压电换能器为发射型压电陶瓷片，该陶瓷片的二个电连接点位于同一面，另一面与牙刷头刷毛托体之间有一粘结层。

5、根据权利要求4的牙刷，其特征在于，刷毛托体底面与刷毛根部的距离为1/2超声波波长的整数倍，刷毛长度也为1/2波长的整数倍。

6、根据权利要求5的牙刷，其特征在于，发射型压电陶瓷片的长度L和宽度W的尺寸为：12mm＜L＜25mm；3mm＜W＜8mm。

7、根据权利要求1的牙刷，其特征在于，在自激式振荡电路与压电换能器之间接有一个匹配网络。

8、根据权利要求7的牙刷，其特征在于，压电换能器为发射型压电陶瓷片，该陶瓷片的二个电连接点位于同一面，另一面与牙刷头刷毛托体之间有一粘结层。

9、根据权利要求8的牙刷，其特征在于，刷毛托体底面与刷毛根部的距离为1/2超声波波长的整数倍，刷毛长度也为1/2波长的整数倍。

10、根据权利要求9的牙刷，其特征在于，发射型压电陶瓷片的长度L和宽度W的尺寸为：12mm＜L＜25mm；3mm＜W＜8mm。

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