KR20030062045A - 전자칫솔 및 전자브러시 - Google Patents

Abstract

솔부를 보유하고 구강내에 삽입하여 이를 닦는 브러시 헤드부, 구강밖으로 노출된 파지부, 외부의 빛을 수광할 수 있게 설치되어 있는 N형 반도체, 및 N형 반도체에 전위를 중첩할 수 있게 설치되어 있는 전지를 보유하는 전자칫솔.

Description

전자칫솔 및 전자브러시{ELECTRONIC TOOTHBRUSH AND ELECTRONIC BRUSH}

본 발명은 전자칫솔 및 전자브러시에 관한 것으로, 보다 자세하게는, N형 반도체의 광촉매반응을 이용하는 전자칫솔 및 전자브러시에 관한 것이다.

충치 또는 치주염 등의 구강내의 질환에 대한 예방방법으로서, 단지 칫솔에치약제를 부착시켜 이표면을 브러싱을 하는 것 보다 더욱 예방효과를 높이도록, 이표면에 불소화물을 도포하거나, 불소화물을 포함하는 치약제를 사용하는 것이 종래부터 행하여지고 있다. 그러나, 이 방법은 불소이온의 이수조직으로의 침투성이 뒤떨어지는 등의 효과에 의문이 있고, 불소이온의 효과를 높이기 위해서 전지나 가정전원 등의 외부전원을 작용시켜 전위를 높임으로써, 불소이온의 침투성을 높인다고 하는 방법도 제안되어 있다.

그러나, 이 방법도 칫솔부분에 도체인 금속을 이용하기 때문에, 전류발생에 따르는 금속이온이 유출한다고 하는 문제가 있고, 게다가 전류, 전자파 또는 전장등이 장기간의 사용에 의해 인체에 악영향을 가져오는 것도 고려되기 때문에 바람직하지는 않았다.

따라서, 상기와 같은 문제가 없고, N형 반도체인 TiO₂광촉매반응을 이용한 전자칫솔이 본원 발명자들에 의해서 발명되었다(특허공개 소58-41549호). TiO₂는 비교적 약한 빛의 조사조건하에 있더라도 광전자전압을 발생하고, 구강내에 삽입된 경우에 타액 등의 수분으로부터 OH 라디컬을 생성하여, 구강내의 pH를 높여 중화하고, 충치의 원인균의 활동을 저하시키는 동시에 치석을 분해하는 작용을 한다.

그러나, TiO₂광촉매반응만을 이용한 경우, 산성 분위기에서 활성도가 높은 충치의 원인균의 활동을 pH를 높여 저하시키는 방법은, 그 자체로 소정의 효과를 발휘하지만, 효과를 발휘할 때까지 시간이 관한 것은 피할 수 없다. 즉, 직접 충치를 발생시키는 것은, 구강내의 충치의 원인균이 음식물 찌거기를 발효시킬 때에 생성되는 유산이 이의 경조직를 침범하는 것에 의하는 것이지만, 충치의 원인균의 활동이 저하하는 까지의 동안에는, 유산의 생성을 계속한다고 하는 문제가 있다.

본 발명자들은 생성한 유산을 효과적으로 분해시키기 위해서 깊은 연구를 한 결과, N형 반도체의 광촉매반응을 이용할 때에, 소정 이상의 전위를 공급함으로써, 유산의 효과적인 분해가 달성되는 것을 발견하였고, 이러한 효과는 유산뿐만아니라 유기물의 분해에도 효과적으로 작용한다는 사실을 발견하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래 기술이 보유하는 문제점을 감안하여, N형 반도체의 광촉매반응을 이용하여, 충치 원인균의 활동을 저하시키고 또한, 생성된 유산의 분해를 촉진하여 보다 효과적으로 충치 등을 예방하는 전자칫솔 및 신체 각부에 생기는 때와 같은 유기 폐기물을 분해하여, 단지 비누물로 세정하는 경우 등에 비교해서, 효과적으로 신체각부의 세정을 행할 수 있는 전자브러시를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전자칫솔의 일 실시형태의 개략부분단면도;

도 2는 도 1의 II-II 단면도;

도 3은 본 발명에 따른 전자칫솔의 유산분해에 대한 경시변화를 나타내는 그래프;

도 4는 본 발명에 따른 전자칫솔의 유산분해에 대한 전지전압의 관계를 나타내는 그래프;

도 5는 본 발명에 따른 전자칫솔의 충치균(Streptoco㏄us mutans IFO 13955)살균에 대한 조사시간의 관계를 나타내는 그래프; 및

도 6은 본 발명에 따른 전자브러시의 일 실시형태의 개략적인 부분단면도이다.

상기 목적은 각 청구항에 기재된 발명에 의해 달성된다. 즉, 본 발명에 따른 전자칫솔의 특징 구성은, 솔부를 보유하고 구강내로 삽입하여 이를 닦는 브러시 헤드부와 구강 밖으로 노출되는 파지부를 구비하고, N형 반도체가 외부의 빛을 수광가능하게 설치되어 있는 동시에, 상기 N형 반도체에 전위를 중첩할 수 있는 전지가 설치되어 있다.

이 구성에 의하면, N형 반도체의 광촉매작용에 의해, 구강내에 삽입된 경우에 타액 등의 수분을 분해하여 발생한 OH 라디컬이, 구강내의 pH를 높여 중화하여 충치의 원인균의 활동을 저하시킬 뿐만 아니라, 균에 의한 음식물의 유산발효로 발생한 유산을 확실하고 신속하게 분해하여 충치의 예방을 달성할 수 있다. 즉, 외부광(예컨대 세면장에서의 형광등 등)에 의한 N형 반도체의 광촉매작용만에 의한 경우에 비교하여 전지의 전위를 중첩함으로써, 유산이나 물의 분해에 필요한 에너지레벨을 달성할 수 있고, N형 반도체의 광촉매효과를 상승적으로 높일 수 있다. 따라서, 이닦기 동작에 의해서 OH 라디컬의 생성효율을 높이는 동시에 pH를 확실히 높일 수 있다. 또한, 실제로 세면장 등에서 이닦기 동작을 하는 것에 있어서, 예컨대, 세면장에서의 형광등 등의 조명기구의 조도가 낮고, 광조사가 약한 조건하에서라도, N형 반도체의 전위를 일정 이상으로 하는 전지가 설치되어 있기 때문에, 소정의 효과를 안정족으로 발휘할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 의하면, 보다 효과적으로 충치 등의 구강내 질환을 예방하는 전자 칫솔을 제공할 수가 있었다.

상기 N형 반도체가 Ti0₂인 동시에, 상기전지의 출력이 O.5V이상 30V미만인 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, Ti0₂가 N형 반도체의 안에서도 광촉매효과가 크기 때문에, 유산분해 또는 pH를 높이는 데에 있어서 효과적이고, 광촉매작용을 생기하는데에 필요한 전위를 일정이상으로 유지하는 동시에, 손을 통하여 인체에 흐르는 전류가 지극히 미약하게 유지되어, 인체에 대한 악영향은 전혀 없고 사용이 좋다. 즉, 전지의 출력이 0.5V 이하라면 유산의 분해에 충분하지 않고, 3.0V 이상이라면 유산분해는 촉진되지만 물에 젖은 손으로 칫솔을 파지한 경우 등에, 인체로 흐르는 전류가 커져서 불쾌감이 생기는 등, 바람직하지 못하다.

N형 반도체로서 Ti0₂를 이용한 경우, 그 광촉매작용에 의해 유산을 물과 이산화탄소로 분해하는 반응식을 이하에 나타낸다.

hν

TiO₂→ P⁺+ e^-

H₂O + 2p⁺→ 1/2O₂+ 2H⁺

2e^-+ O₂+ 2H⁺→ 2·OH

CH₃CH(OH)COOH + 2·OH → CH₃CHO + 2H₂O + CO₂

·

· ·OH

·

·H₂O + CO₂

여기에, p⁺는 정공이고, e는 전자이며, ·0H는 0H 라디컬이다.

상기 전지가 일차전지, 이차전지, 태양 전지 중 어느 하나 또는 이들의 조합인 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 0.5V 이상 3.0V 미만의 전지출력을 용이하게 확보할 수 있는 동시에, 내구성이 있고, 또한 저가이어서 좋다. 일차전지로서는 알칼리전지, 산화은전지, 공기·아연전지 등을 이용할 수 있고, 이차전지로서는 니켈·수소전지, 리튬전지 등을 이용할 수 있다.

상기 Ti0₂가 아나타제형의 결정인 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, Ti0₂중에서도 특히 광촉매효과가 크고, 효율적이여서 좋다. 게다가, 아나타제형의 결정은, 예컨대 순수한 Ti를 산화분위기 속에서 수분간, 1200∼1500℃로 가열하는 등의 방법에 의해, 용이하게 얻어진다.

또한, 본 발명에 관한 전자브러시의 특징 구성은, 솔부를 보유하는 브러시 헤드부를 갖추고, N형 반도체가 외부의 빛을 수광가능하게 설치되어 있는 동시에,상기 N형 반도체에 전위를 중첩할 수 있는 전지가 설치되어 있다.

이 구성에 의하면, N형 반도체의 광촉매작용에 의해, 신체 각부를 비눗물 등을 이용하여 세정할 때에, 수분을 분해하여 생성된 OH라디컬이 피부표면에서의 때 등의 유기폐기물을 확실하고 또한 신속하게 분해하고, 비눗물만에 의한 것보다 높은 세정효과를 달성할 수 있다. 즉, 외부광(예컨대 욕실 또는 세면장에서의 형광등 등)에 의한 N형 반도체의 광촉매작용만에 의한 경우에 비교하여, 전지의 전위를 중첩함으로써, 피부표면의 유기폐기물이나 물의 분해에 필요한 에너지레벨을 달성할 수가 있고, N형 반도체의 광촉매효과를 상승적으로 높일 수 있다. 따라서, 피부를 문지르는 동작에 의해서, OH 라디컬의 생성효율을 높일 수 있다. 또한, 실제로 욕실 등에서 세정동작을 함에 있어서, 예컨대 욕실에서의 조명기구의 조도가 낮고 광조사가 약한 조건하에서도, 또한 조명기구가 형광등이 아니라 백열전등 등이여도, N형 반도체의 전위를 일정이상으로 하는 전지가 설치되고 있기 때문에, 소정의 효과를 안정하게 발휘할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 의하면 단지 비눗물로 세정하는 경우 등에 비교하여, 보다 효과적으로 신체각부의 세정을 할 수 있는 전자브러시를 제공할 수가 있다.

본 발명의 실시의 형태를, 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은, 본 실시형태에 관한 전자칫솔(이하, 칫솔)의 개략단면구조를 나타낸다. 이 칫솔(1)에는, 솔(2a)을 직접 설치한 브러시 헤드부(2)와 구강밖에 노출시킨 파지부(3)로 이루어지고 있다. 이들 브러시 헤드부(2)와 파지부(3)는, 서로 분리가능하게 되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 사용에 따라서 소모되는 솔(2a)을 구비한 헤드부(2)만을 소모품으로서 교환가능하게 하면, 경제적일 뿐만 아니라, 칫솔 전체를 폐기하는 경우와 비교하여, 폐기물을 작게 할 수 있다는 장점이 있다.

파지부(3)에는, N형 반도체인 TiO₂막대(4)가 내장되어 있는 동시에, 1.5V의 버튼형 알칼리 전지(5)가 내장되고 있고, 이 전지(5)와 TiO₂막대(4)는, 동선 등의 도체선(6)을 통하여 도통되어 있다. 브러시 헤드부(2)와 파지부(3) 경계에는, 도 2에 나타낸 바와 같이, N형 반도체에 외부광이 조사되기 쉽게 하기 위해서, 부분적으로 단면을 감소시켜 홈(7)이 형성되어 있다. 전지(5)는, 소모에 따라서 교환가능하다.

Ti0₂막대(4)는, 순수 Ti의 막대를 산화분위기속에서 수분간, 1200∼1500℃에서 가열하여 표면에 TiO₂층을 생성시킨 것이다. 이 경우의 Ti0₂는 아나타제형의 결정을 나타내기 때문에, 광촉매 능력이 특히 크다. 그리고, 전지(5)는, Ti0₂막대(4)가 외부의 빛을 수광하여 광촉매반응을 일으킬 때에, N형 반도체인 TiO₂의 전위를 높이고, 또는 유지한다.

(실시예)

바이알병에 2mM의 유산칼슘 5mL을 집어 넣고, 아나타제형의 결정을 이루는 TiO₂층을 표면에 형성한 TiO₂막대를 삽입한 것을 복수개 준비하고, 6W의 형광등의 조사하(거리 약 3cm)에 있어서, 각기 0.75V, 1.5V, 3.0V의 전지에 의한 전압부하를 주었다. 시간 경과 후의 유산분해를 케필러리 전기 영동법에 의해 측정했다. 그 결과를 전지를 장착하여 형광등을 조사한 경우와, 전지를 이용하지 않고 단지 형광등을 조사한 경우와, 조사하지않는 경우와 비교하여, 도 3, 4에 나타내었다.

도 3은, 1.5V의 전지전압을 부하한 것에 대해서, 세로축에 유산의 감소량을 상대농도로 나타내고, 횡축에 경과시간을 나타낸 것이고, 형광등의 조사에 의한 중첩효과(0.5시간의 조사에서, 유산의 약 50%가 분해되었다)가 발휘되어 있는 것을 나타내고 있다. 그러나, 전지를 사용하지 않고, N형 반도체만을 이용한 구성의 것은, 유산의 분해작용이 충분하지 않다는 것을 알 수있다.

도 4는, 마찬가지로, 전지의 전압부하의 영향을 나타낸 것이고, O.75V에서이미 유산분해의 효과가 동일한 것이다.

게다가, 상기 전자칫솔의 충치균살균 시험을 행했기 때문에, 그 결과를 설명한다.

도 5는, 상기 전자칫솔과 동일한 TiO₂층을 부극으로서(정극에는 스테인레스강판을 사용), 이 회로에 태양 전지(2.4 V)를 접속하고, 유산균(Streptoco㏄us mutans 1F0 13955)분해에 대한 경시변화를 조사하였다. 즉, 생리식염수 4mL중에 상기충치균(S.Mutans) 농도가 약1∼20,000개/mL로 되도록 접종하고, 상온에서, 6W의 형광등 조사하에 있어서 1∼30분경과 후, 차가운 암실에서 1mL 중의 생균수를 측정했다. 한편, 대조는 Ti0₂층이나 태양 전지를 이용하지 않고, 생리식염수으로만 하엿다.

그 결과. 대조가 형광등불 아래에서 30분경과 하더라도 거의 생균수는 변화되지 않는 데 반하여, TiO₂층과 태양 전지를 이용한 본 실시형태의 경우, 6W정도의 미약한 형광등불 아래에서도 1분에서 생균수는 격감하고 있고, 충치의 원인균에 대한 살상효과가 현저한 것을 알았다.

(본 발명의 또 다른 실시예)

(1) 상기 실시형태에서는, N형 반도체인 TiO₂를 이용한 전자칫솔을 예로서 나타내었지만, N형 반도체인 TiO₂를 도 6에 나타내는 전자브러시(10)에 이용하더라도 좋다. 즉, 이 전자브러시(10)는, 브러시 헤드부를 구성하는 앞부분측에 솔(10a)이 직접 설치되어 동시에, 후부측이 파지부로 되어있고, 이 파지부에 버튼전지(5)가 매설되어 있다. 이 버튼전지(5)는, 도에 나타내지는 않았지만 리드(rid)부재에 의해 피복되어 있고, 수밀(水密)로 매설되어 있다. 솔(10a)이 직접 설치되어 있는 앞부분측에는, 상기 실시형태에서 나타낸 바와 동일한 Ti0₂가 장착되어 있는 동시에, 그 주변에 수로로 되는 홈(11)이 형성되어 있어서, 비눗물 등이 통류가능하도록 구성되어 있다. 이 홈(11)은 솔(10a)의 베이스부를 향해서 관통구멍이 형성되어 구성되어 있고, 솔(10a)을 신체에 문지름으로써, Ti0₂와 신체표면을 수분을 통하여 접속시켜서, 신체표면에 존재하는 때 등의 유기물을 Ti0₂의 광촉매작용에 의해 분해하여 박리하기 쉽도록 하는 동시에, 박리된 때 등을 분해하게 되어 있다. 그리고, TiO₂와 전지는, 도 1에 나타낸 바와 같이 도체(6)에 의해 도통되어 있다. N형 반도체, 전지, 도체 등은 상기 실시형태에서 사용한 것과 같은 것을 사용할 수 있다.

이 전자브러시의 형상은, 도 6에 나타낸 것 이외에 각종 형상의 것을 채용할 수가 있고, 중요한 것은 손으로 파지부를 파지하여 솔을 신체각부에 문지름으로써 청정 할 수 있는 형상으로 형성되어 있으면 좋다. 세정대상으로 되는 신체각부는, 특별히 한정되지는 않고, 따라서, 소위 보디브러시, 페어브러시, 페이스브러시 등으로서 사용할 수 있다.

(2) 상기 실시형태에서는, N형 반도체인 TiO₂를 Ti 막대를 가열함으로써, 그 표면에 층형상으로 생성된 예를 게시했지만, 이 구조로 한정되는 것은 아니고, 전체가 TiO₂분말을 소결하여 형성되어 있더라도 좋고, 중요한 것은 수광하는 표면에 TiO₂층이 생성되어 있으면 좋다. 그 제조방법도, CVD법, PVD 법 등에 의해, 순수 Ti 막대 이외의 도체표면에 TiO₂층을 생성하더라도 좋고, 순수 Ti 막대를 양극산화하여 그 표면에 TiO₂층을 생성하도록 하여도 좋다.

(3) 상기 실시형태에 관한 전자칫솔로서는, N형 반도체인 Ti0₂에 외부광을 조사하기 쉽도록, 브러시 헤드부(2)와 파지부(3)의 경계에 홈(7)을 형성한 예를 게시했지만, 칫솔의 브러시 헤드부와 파지부를 투명 또는 반투명의 아크릴수지, 우레탄수지, PET 수지 등의 광투과성 재료에 의해서 형성하여, 홈이 없는 구조로 하여도 좋다. 게다가, 브러시 헤드부(2)를 구성하는 수지로서 생분해성 수지를 사용하면, 소모부품으로서 폐기되었다고 해도 환경에 대한 악영향이 적어져서 바람직하다.

본 발명에 따르면, N형 반도체의 광촉매반응을 이용하여, 충치 원인균의 활동을 저하시키는 것은 물론, 생성된 유산의 분해를 촉진하여 보다 효과적으로 충치등을 예방하는 전자칫솔 및 신체 각부에 생기는 때와 같은 유기 폐기물을 분해하여, 단지 비누 물로 세정하는 경우 등에 비교하였을 때, 보다 효과적으로 신체각부의 세정을 할 수 있는 전자브러시를 제공할 수 있다.

Claims (12)

1. 솔부를 보유하고 구강내로 삽입하여 이를 닦는 브러시 헤드부;

   구강밖으로 노출되는 파지부;

   외부의 빛을 수광할 수 있게 설치되어 있는 N형 반도체; 및

   상기 N형 반도체에 전위를 중첩할 수 있게 설치되어 있는 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자칫솔.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 N형 반도체가 Ti0₂인 동시에, 상기 전지의 출력이 O.5V 이상 3.0V 미만인 것을 특징으로 하는 전자칫솔.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 전지가 일차전지, 이차전지, 태양전지 중 어느 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 전자칫솔.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 TiO₂가 아나타제형의 결정인 것을 특징으로 하는 전자칫솔.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 전지가 일차전지, 이차전지, 태양전지 중 어느 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 전자칫솔.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 TiO₂는 막대형상으로 상기 브러시 헤드부에 내장되어 있는 동시에, 상기 전지는 버튼형이며, 이들 전지와 Ti0₂는 상기 브러시 헤드부에 내장되어 있는 도체선을 통하여 도통되어 있는 것을 특징으로 하는 전자칫솔.
7. 솔을 보유하는 브러시 헤드부;

   외부의 빛을 수광할 수 있게 설치되어 있는 N형 반도체; 및

   상기 N형 반도체에 전위를 중첩할 수 있게 설치되어 있는 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자브러시.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 N형 반도체가 Ti0₂인 동시에, 상기 전지의 출력이 0.5V 이상 3.0V 미만인 것을 특징으로 하는 전자브러시.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 전지가 일차전지, 이차전지, 태양전지 중 어느 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 전자브러시.
10. 제 8항에 있어서,

    상기 TiO₂가 아나타제형의 결정인 것을 특징으로 하는 전자브러시.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 전지가 일차전지, 이차전지, 태양전지 중 어느 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 전자브러시.
12. 제10항에 있어서,

    상기 전지가 상기 브러시 헤드부에 연결되어 있는 파지부에 매설되어 있는 동시에, 상기 TiO₂가 상기 브러시 헤드부 근방에 장착되어 있으며, 이들 전지와 TiO₂가 도체를 통하여 도통되어 있는 것을 특징으로 하는 전자브러시.