CN107411837B - 一种点面结合的超声波洗牙洁牙器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种点面结合的超声波洗牙洁牙器件，包括信号发生器模块、点面结合的工作头、人工控制模块、电源和外壳。点面结合的工作头包括面工作头和点工作头，面工作头为双频超声探头结构，用于大面积的清洁牙齿表面的污垢，点工作头为双层点聚焦探头聚焦能量于点工作头尖端，用于清洗牙缝间或者牙齿某点细小部位的污垢。本发明方便携带、使用简单，工作头和牙齿接触部分柔软，使用安全，多模式工作，使用者通过人工控制模块选择使用高频超声波的洗牙模式和使用低频超声波的洁牙模式，在家里就能完成洗牙和日常护理牙齿的功能。点面结合的工作头和外壳可以分离，这样置换工作头和外壳都比较方便。

Description

一种点面结合的超声波洗牙洁牙器件

技术领域

本发明属于口腔清洁技术领域,涉及一种点面结合的超声波洗牙洁牙器件。

背景技术

超声波清洗是利用超声波的空化效应。超声波的空化效应是指当超声波在流体中传播时,在周期性的声场压力作用下,流体中出现大量空泡随着声压进行周期性的膨胀和溃灭运动的现象。在超声波空化过程中,气泡内的气体受压后急剧升温,在其周期性振荡特别是溃灭过程中,会产生瞬时高温、高压冲击波,并使气泡内核液体界面的介质裂解，撞击附着在物体上的污垢，实现超声波清洗。研究表明，影响超声波空化效应的主要因素是超声波强度和超声波频率，超声波强度即单位面积上的超声功率，对于一般液体，超声波强度增加时空化作用强度也随之增大，但达到一定数值后，空化会趋于饱和，此时再增加超声波强度只会降低空化强度；在发生空化作用的超声波频段内，超声波频率越低，在液体中产生空化作用就越容易，也就是说要引起空化，频率愈高，所需要的声强愈大；当频率大于空化临界点时，空化作用随着频率的升高而降低。超声波在液体中产生空化效应，一般采用20kHz至40kHz的频率。可见，想要达到用超声波清洗牙齿的效果，只有使用一定频率范围内的超声波，使其在口腔中产生空化效应，减小污垢附着在牙齿上的粘着力，引起污垢的脱离，祛除牙结石和牙菌斑、牙渍等。

现在的超声波洗牙洁牙器件可以分为医用和家用两种，医用一般以洗牙为主，医用的洗牙设备体积大，操作方法过于专业化，人们只能是去特定医疗机构，由特定医护人员使用超声波洗牙设备帮助人们洗牙，无法随身携带或在家使用；且医用的洗牙设备存在交叉感染的隐患，另外到医院使用专业的超声波洗牙设备进行洗牙,费用很昂贵，且费时。

相比于医用，家用超声波洗牙洁牙器件一般以洁牙为主，市面上传统的“电动牙刷”只是模拟手工的刷牙振动的动作，采用的振动频率在百赫兹左右，并未达到超声波洗牙洁牙所需最低频率20kHz，没有在口腔内实现超声空化清洗，只是利用超声波的振动带动刷头清洗牙齿，清洁能力有限；而且多数电动牙刷产生超声波的换能器都设置在牙刷手柄内，没有与工作头直接相连，这种结构的牙刷需要更高的能量使工作头振动，造成很大的能量损耗。

医用的洗牙器件采用的洗牙工作头多为金属材质制成的尖头，这种结构的工作头一是只针对牙齿表面的局部点位置，虽然方便清洗牙缝间的污垢，但无法较大面积地快速去除牙面上的污垢，二是使用尖头状的金属工作头在洗牙过程中易伤害口腔内膜和牙龈，特别是对于牙周炎、牙龈炎患者。另外，上述也提到了到特定医疗机构去清洗牙齿，费用昂贵且耗时，因此医用的洗牙洁牙器件若能走向家庭则会给人们带去很多便利，实用新型专利“一种超声波家用洗牙笔”（申请号：200620149075.7）提供了一种家用的洗牙装置，但是采用的洗牙工作头仍然为金属材质制成的尖头，洗牙的过程是采用30kHz的超声波使得工作头在口腔内产生空化效应，采用超声波一点一点地清除附着在每颗牙齿上的牙结石、牙菌斑等附着物，非常费时，洗牙效率低，也容易伤害口腔内膜和牙龈。

发明内容

本发明的目的是旨在解决去医院洗牙价格昂贵且花费时间，以及使用传统电动牙刷清洁力不足，不能有效清除牙结石和牙菌斑、牙渍等，针对现有的家用洗牙器件洗牙效率低下、易对口腔内部造成伤害的问题，提供一种安全高效的点面结合的超声波洗牙洁牙器件。使用本发明能在家安全有效地去除牙结石和牙菌斑、牙渍等，节省去专业医院洗牙的费用，避免交叉感染。

为实现上述目的,本发明至少采用如下技术方案之一。

一种点面结合的超声波洗牙洁牙器件，包括信号发生器模块、点面结合的工作头、人工控制模块、电源；所述点面结合的工作头包括面工作头和点工作头，面工作头用于对牙面进行洗牙或洁牙，点工作头用于对牙缝间或者单点进行洗牙；人工控制模块选择不同的洗牙模式或洁牙模式，信号发生器用于根据选择的模式，产生相应频率的数字信号，传递到点面结合的工作头内部的换能器，换能器再将电信号转换为超声波，实现超声波洗牙或洁牙功能。

在上述技术方案的基础上，所述信号发生器模块可以位于所述超声波洗牙洁牙器件的外壳空腔内，包括信号产生单元和信号处理单元。信号产生单元根据使用者需要的模式，产生相应频率的数字信号；信号处理单元包含数模转换电路和功率放大电路，收到数字信号后进行数模转换和功率放大。信号产生单元，可利用简单的单片机来实现，和信号处理单元的数模转换电路和功率放大电路集成固定在一块电路板上。

在上述技术方案的基础上，所述点面结合的工作头包括面工作头和点工作头，面工作头用于对牙面进行洗牙或洁牙，点工作头用于对牙缝间或者单点进行洗牙。面工作头和点工作头各自都包含了换能器，换能器和信号发生器模块之间使用绝缘细导线相连接，也可以设计连接接口，使得点面结合的工作头和外壳可以分离。换能器可选用压电陶瓷晶片，复合材料制作的压电晶片等，压电陶瓷晶片的共振频率和信号发生器模块产生的信号频率一致，将接收的电信号转换为相同频率的超声波。

在上述技术方案的基础上，所述人工控制模块位于所述外壳表面，即一些触摸按钮，包括电源开关“ON/OFF”和“1”至“3”模式选择按钮，电源开关控制电源的通电和断电，模式选择按钮用于选择使用者想要的模式。

在上述技术方案的基础上，所述电源位于所述的外壳空腔内，为信号发生器模块、人工控制模块供电。

在上述技术方案的基础上，所述外壳为信号发生器模块、人工控制模块和电源提供防水的封装。

在上述技术方案的基础上，所述 面工作头为双频超声探头结构，该结构前侧为灌满透声液的透声膜套，后侧为双频超声换能器，双频超声换能器包含一个高频换能器和一个低频换能器。高频换能器用于发送洗牙所需的高频超声波，低频换能器用于发送洁牙所需的低频超声波，两个换能器以一定倾斜度固定在非透声材料制作的背衬上，两换能器倾斜度的设置原则为使两换能器发出的超声波都能集中到薄膜套前表面的中央；面工作头用非透声材料制作的长方体外壳进行封装，长方体外壳前侧为开口；灌满透声液的透声膜套膨胀后与长方体外壳紧贴，易固定，且长方体外壳不透声，使得双频超声换能器产生的超声波只在透声膜套内传播，因此后侧双频超声换能器发出的超声波易穿过透声膜套壁到达透声膜套前表面，即探头前侧；使用者使用面工作头时，由双频超声换能器发出高频或低频的超声波，通过透声液传递到与牙面直接接触的透声膜套前表面（探头前侧），实现牙面的洗牙或洁牙功能。

在上述技术方案的基础上，所述点工作头为双层点聚焦探头结构，该结构为抛物线圆锥状，上层为灌满透声液的透声膜套，下层用透声材料制作成透声层，透声材料的透声性能与上层薄膜套相似，下层的外层涂非透声层，探头底部为圆状的压电陶瓷晶片（换能器），其固定在非透声材料制作的背衬上；点工作头用非透声材料制作的长方体外壳进行封装，长方体外壳上底面设置为可打开的盒盖；不使用点工作头时，由于灌满透声液的透声膜套是柔性的，故可将其一部分压入长方体外壳内，关上盒盖；使用点工作头时需先将盒盖打开，上层灌满透声液的透声膜套将自由舒展为直立状，以露出盒外与牙齿接触，由底部的换能器发出高频的超声波，通过双层点聚焦结构将超声波聚焦到与牙缝直接接触的上层透声膜套尖端，即探头顶点，实现牙缝间或者单点的洗牙功能。

在上述技术方案的基础上，所述抛物线圆锥状，是指由抛物线旋转而成的抛物体，抛物体的上部替换为空心圆锥体，圆锥体的顶点为抛物线的焦点，这样探头底部发出的超声经过抛物体的反射后聚集到焦点。

在上述技术方案的基础上，所述超声波在点工作头内传递时，先由底部的换能器发出超声波，在通过双层点聚焦探头结构的过程中，由于该结构为抛物线圆锥状，超声波到达该结构的透声层与非透声层边界后会被反射聚集到探头顶点，即透声膜套尖端，实现能量聚焦的效果。

在上述技术方案的基础上，所述封装面工作头的长方体外壳和封装点工作头的长方体外壳长度完全一致，可通过环氧树脂AB胶将外壳粘合在一起。

在上述技术方案的基础上，所述透声膜套由透声材料制成。

在上述技术方案的基础上，所述透声液选用透声绝缘的材料，如食用油等。

超声波在点工作头内传播时，先由底部的换能器发出超声波，在通过双层点聚焦结构的过程中，由于该结构为抛物线圆锥状，超声波到达该结构的透声层与非透声层边界后会被反射聚集到探头顶点，即透声膜套尖端，实现能量聚焦的效果。

点面结合的工作头里面的换能器位选用压电陶瓷晶片或复合材料制作的压电晶片，压电陶瓷晶片的共振频率和信号发生器模块产生的信号频率一致，将接收的电信号转换为相同频率的超声波。

在上述技术方案的基础上，所述面工作头的换能器发出的高频超声波频率在20kHz至40kHz之间，发出的低频超声波频率在200Hz至400Hz之间。点工作头的换能器发出的超声波频率在20kHz至40kHz之间。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1）本发明体积小、方便携带、使用简单、多模式工作，使用者可通过按钮选择使用高频超声波的洗牙模式和使用低频超声波的洁牙模式，既能洗牙又能日常护理牙齿，功能划分细致。

2）选用高频的超声波进行洗牙时，对应换能器的频率在20kHz至40kHz之间,该频段的超声波能在液体中产生空化效应，而且噪音小。

3）换能器在工作头内，直接将振动传导给牙齿，超声波传递效率高。

4）使用本发明可选用点工作头清洗牙缝间细小部位的污垢，也可使用面工作头清洁牙齿表面的污垢，“点”与“面”结合，节省清洗牙齿的时间。

5）选用点工作头进行洗牙时，先由底部的换能器发出超声波，在通过双层点聚焦结构的过程中，由于该结构为抛物线圆锥状，超声波到达该结构的透声层与非透声层边界后会被反射聚集到探头顶点，即薄膜套尖端，使得换能器产生的超声波只在双层点聚焦结构里面传播，在探头顶点具有最大能量，具有能量聚焦的效果。

6）工作头制造材料柔软，工作头和牙齿接触部分柔软，使用安全,避免洗牙时对牙齿及口腔造成伤害。

7）面工作头和点工作头里面的换能器和信号发生器模块之间使用绝缘细导线相连接，也可以设计连接接口，使得点面结合的工作头和外壳可以分离，这样置换工作头和外壳都比较方便。

附图说明

图1是实例中点面结合的超声波洗牙洁牙器结构框图。

图2是点面结合的超声波洗牙洁牙器的示意图。

图3 是实例中点面结合的工作头立体图。

图4是实例中点面结合的工作头截面图。

图5是实例中面工作头的示意图。

图6是实例中工作模式对比图。

图7是实例中抛物线圆锥状的示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明和实例对奔放的实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。

如图1所示，是一种点面结合的超声波洗牙护牙器件的结构框图。人工控制模块包括电源开关“ON/OFF”和“1”至“3”模式选择按钮，电源开关控制通电和断电，模式选择按钮用于选择使用者想要的模式；信号发生器模块为一块集成的电路板，包括信号产生单元和信号处理单元，信号产生单元根据使用者选择所需的模式，产生相应频率的数字信号，信号处理单元收到数字信号后进行数模转换和功率放大；点面结合的工作头包括面工作头和点工作头，面工作头为双频超声探头结构，前侧为透声膜套，后侧为双频超声波换能器，点工作头为双层点聚焦探头，上层为薄膜套，下层为透声材料，两者构成抛物线圆锥状结构，底层连接圆状换能器；使用者使用牙刷时，先通过人工控制模块选择需要的模式，信号发生器模块根据使用者选择所需的模式产生相应频率的信号，再通过连接导线把信号传递给面工作头或点工作头内的换能器，换能器将收到的电信号转换为超声波，实现超声波洗牙或洁牙的功能。电源采用可充电微型电池，为信号发生器模块和人工控制模块供电。

如图2所示，是一种点面结合的超声波洗牙护牙器件的示意图，外壳1空腔内用于容置信号发生器模块6、电源及连接导线7；人工控制模块的电源开关“ON/OFF”按钮2；人工控制模块的“1”至“3”模式选择按钮3；点工作头双层点聚焦探头的上层结构4即伸出外壳的圆锥状透声膜套；面工作头5即双频超声波探头；信号发生器模块6为一块集成的电路板，包括信号产生单元和信号处理单元；信号发生器模块通过连接导线7，将信号传递至工作头内部的换能器模块；电源可以采用电池8，为信号发生器模块、人工控制模块供电。

如图3所示，是点面结合工作头的示意图，包括：面工作头31，为双频超声波探头结构，如图所示，工作头封装在由非透声材料制作的长方体外壳内，前侧面为无盖面，工作时透声膜套前表面通过外壳的此无盖面与牙面接触，图中填充点代表灌满透声液的透声膜套膨胀后与外壳紧贴，工作时能传递超声波；面工作头后侧的双频超声换能器（35、 35），高频换能器35用于发送洗牙所需的高频超声波，低频换能器36用于发送洁牙所需的低频超声波，换能器固定在非透声材料制作的背衬上；点工作头32是双层点聚焦探头结构，工作头也封装在由非透声材料制作的长方体外壳内，长度与封装面工作头的外壳一致；点工作头上层结构伸出盒外的部分透声膜套33，图填充点代表透声膜套内灌满透声液，工作时能传递超声波，如图所示此时点工作头外壳的盒盖是打开；盒盖37能打开和关闭；点工作头底层的圆状换能器34固定在非透声材料制作的背衬上。

如图4所示，是本发明中点工作头的截面图，如图所示，工作头封装在由非透声材料制作的长方体外壳内，外壳上底面为可打开的盒盖；工作头为双层点聚焦探头结构，由底层的圆状换能器42，下层的透声材料制作成透声层43和上层的灌满透声液的透声膜套44构成；圆状换能器固定在非透声材料制作的背衬41上；如图所示，此时点工作头外壳的盒盖已被打开，双层点聚焦结构的上层圆锥状透声膜套自由舒展为直立状态，一部分伸出盒外；当不使用点工作头时，因为上层灌满透声液的透声膜套很柔韧，所以可将其弯曲压入盒内，如图中虚线所示，再关上盒盖；点工作头工作时，先由底部的换能器发出超声波，再通过43透声层和44透声膜套构成的抛物线圆锥状结构，两者制作材料的透声性能大致相同，当超声波到达抛物线圆锥状结构时，其透声层与非透声层边界后会反射超声波并将超声波聚集到探头顶点，使得换能器产生的超声波只在双层点聚焦结构里面传播，在探头顶点具有最大能量，使用者便可使用点工作头的探头定点清洗牙缝间或者某点的牙结石、牙菌斑和牙渍等。

如图7所示，是抛物线圆锥状的说明，抛物线圆锥状是指由抛物线旋转而成的抛物体71，但是抛物体的上部72被削掉替换为空心圆锥体的透声膜套，圆锥的顶点为抛物线的焦点F，这样探头底部发出的超声经过抛物体的反射后聚集到焦点。

如图5所示，是本发明中面工作头的示意图，如图所示，工作头封装在由非透声材料制作的长方体外壳内，外壳前侧面为开口；工作头为双频超声波探头结构，由灌满透声液的透声膜套和双频换能器构成；双频换能器使用的是压电陶瓷晶片，频率越低晶片厚度越厚。如图5所示，低频的压电陶瓷晶片52（低频超声换能器）固定在底部的背衬54上，高频的压电陶瓷晶片51（高频超声换能器）固定在底部的背衬上53；如图以一定倾斜度固定双频超声波换能器，倾斜度的设置原则为两换能器发出的超声波集中在透声膜套前表面的中央；由于两换能器厚度不一致（低频换能器晶片较厚），为保证两换能器离薄膜套前表面的距离一致，两换能器的固定背衬设置大小形状有差异，如图所示，低频换能器的背衬较薄，高频换能器背衬较厚；外壳与换能器之前的空腔由灌满透声液的透声膜套涨满；面工作头工作时，由双频超声换能器发出高频或低频的超声波，通过灌满透声液的透声透声膜套传递到与牙面直接接触的透声膜套前表面（探头前侧），实现牙面的洗牙或洁牙功能。

如图6所示，是一种点面结合的超声波洗牙护牙器件的工作模式对比图。模式“1”对应点工作头的洗牙模式，使用者使用此模式之前，需先打开点工作头的盒盖，使得双层点聚焦结构的上层圆锥状透声膜套自由舒展为直立状态；当使用者按下按钮“1”时，将控制信号发生器模块产生高频信号，通过连接导线传递到点工作头底部的换能器，换能器将电信号转换为相同频率的超声波（高频），通过双层点聚焦结构将超声波聚焦到与牙齿直接接触的上层透声膜套尖端，即探头顶点，使用者便可使用点工作头的探头顶点清洗牙缝间或者某点的牙结石、牙菌斑和牙渍等。模式“2”对应面工作头的洗牙模式，当使用者按下按钮“2”时，将控制信号发生器模块产生高频信号，通过连接导线传递到面工作头后侧的双频超声换能器的高频超声换能器，该换能器再将电信号转换为相同频率的超声波（高频），穿过透声膜套壁到达透声膜套前表面，使用者便可使用面工作头清洗牙面的牙结石、牙菌斑和牙渍等。模式“3”对应面工作头的洁牙模式，当使用者按下按钮“3”时，将控制信号发生器模块产生低频信号，通过连接导线传递到面工作头后侧的双频超声换能器中的低频换能器，该换能器再将电信号转换为相同频率的超声波（低频），穿过透声膜套壁到达透声膜套前表面，由于此模式下发出的是低频超声波，使用者便可使用面工作头对牙齿进行日常清洗护理，实现与电动牙刷一样的洁牙功能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种点面结合的超声波洗牙洁牙器件，其特征在于包括信号发生器模块、点面结合的工作头、人工控制模块和电源；所述点面结合的工作头包括面工作头和点工作头，面工作头用于对牙面进行洗牙或洁牙，点工作头用于对牙缝间或者单点进行洗牙；电源为信号发生器模块、人工控制模块供电；人工控制模块选择不同的洗牙模式或洁牙模式，信号发生器用于根据选择的模式，产生相应频率的数字信号，传递到点面结合的工作头内部的换能器，换能器再将电信号转换为超声波，实现超声波洗牙或洁牙功能；所述面工作头为双频超声探头结构，面工作头前侧为灌满透声液的透声膜套，后侧为双频超声换能器；双频超声换能器包含一个高频换能器和一个低频换能器，高频换能器用于发送洗牙所需的高频超声波，低频换能器用于发送洁牙所需的低频超声波，两个换能器以设定倾斜度固定在非透声材料制作的背衬上，两换能器倾斜度的设定原则为：使两换能器发出的超声波集中到透声膜套前表面的中央；面工作头用非透声材料制作的长方体外壳进行封装，面工作头前侧即长方体外壳前侧为开口；灌满透声液的透声膜套膨胀后与长方体外壳紧贴固定，且长方体外壳为非透声材料制作，使得双频超声换能器产生的超声波只在透声膜套内传播，因此后侧双频超声换能器发出的超声波易穿过透声膜套壁到达透声膜套前表面，即探头前侧；使用者使用面工作头时，由双频超声换能器发出高频或低频的超声波，通过透声液传递到与牙面直接接触的透声膜套前表面即面工作头前侧，实现牙面的洗牙或洁牙功能。

2.根据权利要求1所述的一种点面结合的超声波洗牙洁牙器件，其特征在于，所述点工作头为双层点聚焦探头结构，该结构为抛物线圆锥状，上层为灌满透声液的透声膜套，下层用透声材料制作成透声层，下层的外层涂非透声层，双层点聚焦探头底部为圆片状的压电陶瓷晶片，压电陶瓷晶片作为换能器，固定在非透声材料制作的背衬上；点工作头用非透声材料制作的长方体外壳进行封装，长方体外壳上底面设置为可打开的盒盖；不使用点工作头时，由于灌满透声液的透声膜套是柔性的，故可将其一部分压入长方体外壳内，关上盒盖；使用点工作头时需先将盒盖打开，上层灌满透声液的薄膜套将自由舒展为直立状，以露出盒外与牙齿接触，由底部的换能器发出高频的超声波，通过双层点聚焦结构将超声波聚焦到与牙齿直接接触的上层薄膜套尖端，即双层点聚焦探头顶点，实现牙缝间或者单点的洗牙功能。

3.根据权利要求2所述的一种点面结合的超声波洗牙洁牙器件，其特征在于所述抛物线圆锥状是指：由抛物线绕对称轴旋转而成的抛物体，抛物体的上部替换为空心圆锥体，圆锥体的顶点为抛物线的焦点，双层点聚焦探头底部发出的超声经过抛物体的反射后聚集到焦点。

4.根据权利要求2所述的一种点面结合的超声波洗牙洁牙器件，其特征在于，超声波在点工作头内传播时，先由底部的换能器发出超声波，在通过双层点聚焦结构的过程中，由于该结构为抛物线圆锥状，超声波到达该结构的透声层与非透声层边界后会被反射聚集到探头顶点，即透声膜套尖端，实现能量聚焦的效果。

5.根据权利要求1所述的一种点面结合的超声波洗牙洁牙器件，其特征在于，点面结合的工作头里面的换能器位选用压电陶瓷晶片或复合材料制作的压电晶片，压电陶瓷晶片的共振频率和信号发生器模块产生的信号频率一致，将接收的电信号转换为相同频率的超声波。

6.根据权利要求1所述的一种点面结合的超声波洗牙洁牙器件，其特征在于，面工作头的换能器发出的高频超声波频率在20kHz至40kHz之间，发出的低频超声波频率在200Hz至400Hz之间；点工作头的换能器发出的超声波频率在20kHz至40kHz之间。

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