專利名稱：采用聲波導(dǎo)的牙刷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及牙刷領(lǐng)域，并且更具體地說涉及采用了聲學(xué)機(jī)構(gòu)的牙刷。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電動(dòng)牙刷中，即使是最有效的，也會(huì)在牙齦下并且在刷毛或者其他牙刷元件的直接到達(dá)范圍之外于牙齒接觸表面處、在牙齦-牙齒接觸點(diǎn)處留下在臨床上明顯的斑點(diǎn)。以前制成超聲波牙刷的嘗試不能成功地在牙齒流體中開發(fā)微泡以便于除去斑點(diǎn)，或者不能成功地將微泡和大泡作為對(duì)超過刷毛尖傳播的超聲波的潛在阻礙。某些采用超聲波技術(shù)的早期牙刷試圖使超聲波從刷毛的基部通過刷毛自身或者通過填充在刷毛間空隙中的發(fā)泡(bubbly)的牙齒流體傳播。例如Bock的US5138733、5247716、5369831和5546624。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的牙刷刷毛和發(fā)泡的牙齒流體不能滿足超聲波的有效傳播，而不是便于超聲波的傳播。而且，現(xiàn)有技術(shù)牙刷中的超聲系統(tǒng)不能利用牙齒流體中特定發(fā)泡結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)有技術(shù)概要Parisi的US3335443披露了一種連接至能夠以高聲或者超聲頻率震動(dòng)的超聲振動(dòng)手持齒科用具的牙刷。
以US專利No.Re28,752再頒的Balamuth等的US3809977披露了一種可以單獨(dú)或者結(jié)合使用的超聲波套裝、超聲波電機(jī)構(gòu)造和超聲波轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)。超聲波電機(jī)可以是具有可移動(dòng)尖端并裝在一個(gè)殼體內(nèi)的壓電材料，所述殼體具有電觸點(diǎn)部件，用于插入到與轉(zhuǎn)換器連接的適配器內(nèi)。
Kuris等的US3828770中披露了一種利用在施用器處以聲頻重復(fù)的超聲機(jī)械振動(dòng)脈沖群來在使用過程中產(chǎn)生超聲波和聲波振動(dòng)作而清潔牙齒的方法。
Balamuth等的US3840932和3941424披露了一種超聲波牙刷施用器，其構(gòu)造用于被超聲波振動(dòng)以從一端向位于另一端的刷毛元件傳遞機(jī)械振動(dòng)。
Andress的US4071956中披露了一種不是牙刷的設(shè)備，用于通過超聲波振動(dòng)除去牙斑。
Kuris的US4192035披露了一種設(shè)備，包括具有一對(duì)接觸表面的壓電材料形成的長(zhǎng)條形構(gòu)件，具有用于容納在人嘴中的刷子構(gòu)件。裝在把手中的殼體用于容納壓電構(gòu)件。
Kuris的US4333197披露了一種超聲波牙刷，它包括中空殼體狀的長(zhǎng)條形把手構(gòu)件，其中設(shè)置低壓線圈和被以超聲頻率驅(qū)動(dòng)的配套的鐵芯。刷子構(gòu)件固定在芯上，并粘接在一個(gè)阻抗轉(zhuǎn)移裝置上，所述阻抗轉(zhuǎn)移裝置粘接在芯材料上。阻抗轉(zhuǎn)移裝置確保將超聲波能量最大程度地從芯材料轉(zhuǎn)移到刷子上。
Suroff的US4991249和5150492披露了一種超聲波牙刷，具有可更換的牙刷構(gòu)件，該構(gòu)件可移動(dòng)地連接至超聲功率構(gòu)件。
Bock的US5138733中披露了一種具有把手、電池組、電子驅(qū)動(dòng)模塊、壓電構(gòu)件和可移動(dòng)的刷頭的超聲波牙刷。壓電晶體與電子驅(qū)動(dòng)模塊所提供的頻率相一致地共振、體積膨脹和收縮，由此將電能轉(zhuǎn)換為聲波能量。
Bock的US5247716披露了一種用于超聲波牙刷的可移動(dòng)的刷頭，它具有多個(gè)刷毛簇、柔軟材料構(gòu)成的基本管狀的主體、以及將刷頭固定在超聲波設(shè)備上的繃緊部件，用于有效地從該設(shè)備通過刷頭傳遞超聲波頻率振動(dòng)。
Center的US5311632披露了一種用于從牙齒上除去斑點(diǎn)的設(shè)備，包括具有粗的圓柱狀中空把手的牙刷，所述把手容納(1)電機(jī)，可以被促動(dòng)以使偏心安裝的構(gòu)件旋轉(zhuǎn)和整個(gè)設(shè)備振動(dòng)，以及(2)超聲波換能器，可以被促動(dòng)以沿著刷子產(chǎn)生高頻聲波。
Bock的US5369831中披露了一種用于超聲波牙刷的可移動(dòng)的刷頭。
Bock的US5546624中披露了一種超聲波牙刷，包括剛性材料構(gòu)成的把手、電池組、電子驅(qū)動(dòng)模塊、壓電構(gòu)件和可移動(dòng)的刷頭的超聲波牙刷。壓電晶體與電子驅(qū)動(dòng)模塊所提供的頻率相一致地共振、體積膨脹和收縮，由此將電能轉(zhuǎn)換為聲波能量。
Williams等的US6203320披露了一種電操作的牙刷和清潔牙齒的方法。該牙刷包括把手、與把手連接并具有多個(gè)中空細(xì)絲刷毛的刷頭、通過把手和刷頭的用于向中空細(xì)絲刷毛內(nèi)并通過它們運(yùn)送流體的通路、把手中的電源、以及用于向被運(yùn)送的流體施加脈動(dòng)的振動(dòng)元件。
Takahata等的US專利公開No.2003/0079305披露了一種電動(dòng)牙刷，其中刷體同時(shí)振動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)牙刷包括殼體主體、在殼體主體上延伸的臂、設(shè)置在臂的頂端中的刷體、以及設(shè)置在臂的頂端內(nèi)的用于驅(qū)動(dòng)刷體的超聲波電機(jī)。
對(duì)Murayama的US5343883再頒的US專利號(hào)RE35712的電子設(shè)備(也就是flosser)用于從鄰間表面除去斑點(diǎn)。該設(shè)備采用聲音能量和固定在與有動(dòng)力的把手可移動(dòng)地連接的柔軟叉的兩個(gè)齒之間的牙線。該電子設(shè)備以聲頻轉(zhuǎn)動(dòng)，以產(chǎn)生傳遞給柔軟叉的聲音能量。
Mosch等的US6619957披露了一種超聲波牙刮器，包括牙刮器頂端、促動(dòng)器材料、線圈、機(jī)頭殼體、以及氣動(dòng)的電流發(fā)生器。促動(dòng)器材料、線圈和氣動(dòng)的電流發(fā)生器都容納在機(jī)頭殼體中。
Sharp的US6190167中披露了一種超聲波牙刮器，帶有一個(gè)具有共振頻率的牙刮器插入物。牙刮器插入物可移動(dòng)地連接至機(jī)頭，所述機(jī)頭具有連接至可選擇地可調(diào)振蕩器電路的供能線圈，以產(chǎn)生具有用于振動(dòng)牙刮器的振蕩頻率的控制信號(hào)。
Martin的US4731019披露了一種齒科器具，用于通過超聲波操作刮牙。該齒科器具的器具具有帶圓錐狀尖頭的鉤狀結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)端，并包括研磨顆粒，通常是金剛石顆粒。
Suroff的US5150492披露了一種超聲波牙刷，具有可更換的超聲波工具，它可以可移動(dòng)地安裝至容納在牙刷把手中的超聲波功率部件。
Giuliani的US5378153披露了一種口腔衛(wèi)生設(shè)備，具有主體部分和延伸的共振臂。該設(shè)備在其主體內(nèi)采用一個(gè)電磁體，它與兩個(gè)永磁體配合作用以關(guān)于扭轉(zhuǎn)銷產(chǎn)生振蕩作用。該臂被驅(qū)動(dòng)，使得刷毛尖在振幅和頻率范圍內(nèi)操作以產(chǎn)生大于1.5米/秒的刷毛尖速度，來實(shí)現(xiàn)超過刷毛尖的清潔。
因此該領(lǐng)域需要一種牙刷設(shè)計(jì)，它能改進(jìn)在牙齒和牙床之間、在牙齒之間的接觸點(diǎn)處、以及超過了刷毛的直接作用范圍的牙齒清潔性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)這些和其他相關(guān)的需求，提供一種牙刷，包括電動(dòng)和手動(dòng)的牙刷，它采用聲波導(dǎo)，可以單獨(dú)使用或者與超聲波換能器和/或聲元件相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)更好的除去斑點(diǎn)和污物，以及更好的用戶體驗(yàn)。因此在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種電動(dòng)牙刷，具有一個(gè)或者多個(gè)能夠傳播并且可能將超聲波換能器傳遞的聲波會(huì)聚到牙齒流體中的聲波導(dǎo)，由此引發(fā)微泡空化，并且另外或者替換地引發(fā)聲流動(dòng)，因此在從牙齒表面和牙鄰間松動(dòng)和除去牙斑方面獲得改進(jìn)。當(dāng)與聲元件結(jié)合使用的時(shí)候，可以另外的或者替換地使聲波導(dǎo)振動(dòng)，從而聲波導(dǎo)有助于在聲波導(dǎo)和/或牙刷頭刷毛尖到達(dá)范圍之外增強(qiáng)口腔內(nèi)的流體流，以及在牙齒流體中形成微泡。當(dāng)與聲元件結(jié)合使用的時(shí)候，聲波導(dǎo)所產(chǎn)生的增強(qiáng)的發(fā)泡流體流可以另外的或者替換地與聲波導(dǎo)傳遞的超聲波協(xié)同工作，以進(jìn)一步便于在聲波導(dǎo)和/或牙刷頭刷毛尖到達(dá)范圍之外除去斑點(diǎn)和污物。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，在牙刷頭處、在聲波導(dǎo)的基部和可操作的近距離處采用超聲波換能器，或者是通過聲音傳遞管道(由金屬、凝膠或流體制成)從牙刷把手內(nèi)與牙刷頭機(jī)械連接。在任何一個(gè)實(shí)施方案中，超聲波換能器向聲波導(dǎo)傳遞超聲波，后者將那些超聲波傳播到牙齒流體中，從而超聲波可以有效導(dǎo)致牙齒流體中的微泡的空化，或者或是另外導(dǎo)致聲流動(dòng)。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的牙刷也可以包括一個(gè)或者多個(gè)牙刷刷毛，它們有助于在牙齒流體中產(chǎn)生微泡。超聲波導(dǎo)致這些微泡的空化，從而導(dǎo)致此處披露的牙刷的除牙斑和污物的性能的改進(jìn)。
本發(fā)明的另外的實(shí)施方案提供一種電動(dòng)牙刷，具有超聲波換能器和聲波導(dǎo)，并進(jìn)一步與在可聽見的頻率之內(nèi)操作的聲元件結(jié)合，以機(jī)械地移動(dòng)刷頭，包括刷毛和聲波導(dǎo)，以增加牙齒流體的流速和強(qiáng)度，從而有助于微泡的產(chǎn)生。聲波導(dǎo)和它所傳遞的超聲波以協(xié)同的方式作用，通過增加可以用于活化的微泡的瞬時(shí)空間分布、以及通過增加由于聲波導(dǎo)的聲音動(dòng)作的超聲波分布，以在牙齒流體中產(chǎn)生洗滌發(fā)泡射流。聲波導(dǎo)和超聲波也協(xié)同作用，以通過分別有助于發(fā)泡流體加速?gòu)亩a(chǎn)生發(fā)泡射流，其中聲波導(dǎo)是通過直接推動(dòng)流體，超聲波是通過引發(fā)聲流動(dòng)。


通過參照一下詳細(xì)說明同時(shí)結(jié)合附圖將更好地理解并且更容易了解本發(fā)明的前面各個(gè)方面和許多附屬優(yōu)點(diǎn)，其中圖1為一示意圖，畫出了本發(fā)明的一示例性電動(dòng)牙刷；圖2A為一示意圖，畫出了與在圖1中所示的實(shí)施方案類似的示例性電動(dòng)牙刷頭的剖視圖，顯示出一把手、刷毛、一超聲波換能器以及其形狀大體上類似于矩形實(shí)體的聲波導(dǎo)；圖2B為一示意圖，畫出了在圖2A中所示的示例性牙刷頭的有限元模型模擬幾何形狀(這里沒有顯示出刷毛)；圖2C為一示意圖，畫出了在1.2ms后脈沖處的模擬超聲波場(chǎng)，其中這些超聲波主要保持在聲波導(dǎo)中；圖2D為一示意圖，畫出了在2.0ms后脈沖處的模擬超聲波場(chǎng)，其中這些超聲波已經(jīng)基本上離開聲波導(dǎo)；圖3A為一示意圖，畫出了如在圖2A中所示的牙刷頭的有限元模擬幾何形狀，其中該示例性聲波導(dǎo)器具有一錐形輪廓；圖3B為在圖3A中所示的錐形波導(dǎo)器的透視圖；圖3C為緊接著在超聲波傳輸之后繪制出的模擬波場(chǎng)的側(cè)視圖，顯示出在聲波導(dǎo)內(nèi)的傳播；圖3D為在超聲波傳輸之后的隨后時(shí)間處繪制出的模擬波場(chǎng)的側(cè)視圖，顯示出聲波導(dǎo)器超聲波波陣面(wave front)傳播進(jìn)流體乳液；圖3E為在與圖3C相同的模擬時(shí)刻處繪制出的模擬波場(chǎng)的端視圖；圖3F為在與圖3D相同的模擬時(shí)刻處繪制出的模擬波場(chǎng)的端視圖；圖4A為另一個(gè)示例性聲波導(dǎo)器的有限元模型模擬幾何形狀，其中波導(dǎo)器頂端是彎曲的；圖4B為在圖4A中所示的波導(dǎo)器的透視圖，其中在彎曲虛線之外的部分被去除；圖4C為緊接著在超聲波傳輸之后繪制出的模擬波場(chǎng)，顯示出在聲波導(dǎo)器內(nèi)的傳播；圖4D為在超聲波傳輸之后的隨后時(shí)間繪制出的波場(chǎng)，顯示出超聲波波陣面聚集在聲波導(dǎo)器的頂端之外并且那個(gè)超聲波波陣面?zhèn)鞑?dǎo)流體乳液中；圖5A-5D為由具有和沒有波導(dǎo)器的超聲波牙刷的超聲波圖像；圖5A為一組合Doppler(在方框內(nèi))和B模式(在方框外)圖像，畫出了在沒有聲波導(dǎo)器并且沒有刷毛頂端(刷毛頂端(BT))和位于刷毛底部處的刷毛板(BP)運(yùn)動(dòng)的情況下由超聲波牙刷引起的流體流；圖5B為一組合Doppler和B模式圖像，畫出了在沒有聲波導(dǎo)器但是存在刷毛頂端運(yùn)動(dòng)(MB)的情況下由超聲波牙刷引起的流體流，并且闡明了在刷毛之外沒有任何可測(cè)量的流體流(FF)；圖5C為一B模式超聲波圖像，畫出了由具有聲波導(dǎo)器的超聲波牙刷引起的流體流，其中通過聲學(xué)部件使波導(dǎo)器振動(dòng)，并且顯示出振動(dòng)的聲波導(dǎo)器產(chǎn)生出運(yùn)動(dòng)離開牙刷頭的起泡流體射流；圖5D為對(duì)于圖5C所述的所述超聲波牙刷的Doppler和B模式超聲波圖像，還顯示出明顯的流體流(FF)和形成在刷毛頂端之外的氣泡(B)；圖6為一曲線圖，比較了在一壓板的頂端處相對(duì)于在聚焦透鏡聲波導(dǎo)器處的測(cè)量出的聲壓水平；圖7為一曲線圖，顯示出傳送穿過牙齒流體/氣泡乳液的超聲波吸收對(duì)頻率；圖8為一曲線圖，顯示出通過由與穩(wěn)定振蕩的氣泡相關(guān)的聲微流動(dòng)引起的剪切應(yīng)力所破壞的懸浮紅細(xì)胞百分比。該插圖畫出了設(shè)置在懸浮紅細(xì)胞的管瓶?jī)?nèi)的在其中央具有空氣的薄中空導(dǎo)線；圖9A-H畫出了用在本發(fā)明的牙刷頭中的各種示例性聲波導(dǎo)器的幾何形狀；并且圖10為數(shù)據(jù)柱狀圖，說明了根據(jù)本發(fā)明的牙刷的安全性。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明基于了以下發(fā)現(xiàn)，采用聲波導(dǎo)器的牙刷單獨(dú)或者與超聲波換能器和/或聲學(xué)部件結(jié)合與現(xiàn)有的電動(dòng)牙刷技術(shù)相比產(chǎn)生出改進(jìn)的清潔性能。認(rèn)為根據(jù)本發(fā)明的牙刷可能包括下面所述的多根傳統(tǒng)刷毛。如在這里所詳細(xì)描述的一樣，根據(jù)本發(fā)明的牙刷能夠(1)通過聲波導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)包括聲波運(yùn)動(dòng)并且通過波導(dǎo)器和/或一個(gè)或多個(gè)牙刷刷毛形成氣泡而增大發(fā)泡流體流；(2)傳送由超聲波換能器產(chǎn)生出的聚集超聲波并且通過聲波導(dǎo)器將那些波傳播進(jìn)牙齒流體以實(shí)現(xiàn)改善斑點(diǎn)破壞和去除；和/或(3)便于發(fā)泡流體流和傳輸超聲波以在牙齒流體內(nèi)在刷毛處和之外最佳地并且最大地相互作用(例如在離刷毛頂端大約0.5mm和大約5mm之間，更通常在離刷毛頂端大約1mm和大約3mm之間)。
因此，在某些實(shí)施方案內(nèi)，本發(fā)明提供了包括手動(dòng)牙刷和電動(dòng)牙刷在內(nèi)的牙刷，它包括一聲波導(dǎo)器。在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，提供了這樣的牙刷，它包括與超聲波換能器結(jié)合的聲波導(dǎo)器，由于用帶刷毛的牙刷頭進(jìn)行刷洗和/或由聲學(xué)部件作用在其上的聲波導(dǎo)器的運(yùn)動(dòng)，它們一起作用在牙齒流體內(nèi)的微觀發(fā)泡流上，從而在牙齒流體內(nèi)產(chǎn)生出空穴、微流動(dòng)和聲流動(dòng)。因此，本發(fā)明的其它實(shí)施方案提供了這樣的牙刷，它包括與超聲波部件結(jié)合并且進(jìn)一步與聲學(xué)部件結(jié)合的聲波導(dǎo)器。該聲學(xué)部件與由合適的材料構(gòu)成的聲波導(dǎo)器結(jié)合和/或與一個(gè)或多個(gè)牙刷刷毛結(jié)合，另外能夠產(chǎn)生出令人滿意的口腔感覺，從而刺激并且作用齒齦和其它牙齒組織，這另外促進(jìn)提高牙齒清潔感受。
所有美國(guó)和外國(guó)專利和專利申請(qǐng)以及所有其它參考文獻(xiàn)，不論是在下或在上引用的，其全文在這里被引用作為參考。
控制本發(fā)明牙刷技術(shù)的操作的定義和參數(shù)如在這里所使用的一樣，術(shù)語“超聲波”或“超聲”指的是其頻率比人耳的聽覺范圍更高以及在其之外的聲音-通常高于大約20kHz。通常，在本發(fā)明牙刷中所采用的超聲波換能器轉(zhuǎn)換其超聲波頻率在以下范圍內(nèi)的聲音在大約20kHz至大約1000kHz范圍內(nèi)、在大約20kHz至大約2000kHz范圍內(nèi)、在大約20kHz至大約5000kHz范圍內(nèi)或者在大約20kHz至大約10MHz范圍內(nèi)但是不大于大約20MHz的；更典型的是，從大約100kHz到大約750kHz，并且仍然更典型的是，從大約250kHz到大約750kHz。術(shù)語“聲的”指的是在人耳的聽覺范圍內(nèi)的頻率的聲音，大約為20kHz，例如在20Hz至20kHz。
如在這里所使用的一樣，術(shù)語“空化”指的是通過聲音產(chǎn)生和/或激發(fā)氣泡。更具體地說，術(shù)語“空化”在這里用來指代在受聲波作用的介質(zhì)中在液體和在氣體夾雜物(例如微泡)內(nèi)超聲波場(chǎng)之間的相互作用?！爱a(chǎn)生”是指形成氣泡；“激發(fā)”是指導(dǎo)致氣泡動(dòng)態(tài)活化的作用，也就是移動(dòng)、變大或者變小、生長(zhǎng)、消失、圍繞著氣泡的流體中和其周圍以及在氣泡內(nèi)的氣體中的有所相關(guān)的機(jī)械和/或化學(xué)效果。
現(xiàn)有微泡的空化按照第一種近似方法可以分成兩種——“穩(wěn)定空化”和“慣性空化”。“穩(wěn)定空化”是通過低強(qiáng)度超聲波能量引發(fā)原先存在的微泡的穩(wěn)定低幅度的共振振蕩，它會(huì)在微泡附近的流體流內(nèi)產(chǎn)生局部剪切力(以下稱之為聲微流動(dòng)(acoustic microstreaming))。隨著超聲波強(qiáng)度的提高，振蕩的幅度也加大，直到氣泡變得不穩(wěn)定，并因?yàn)榇罅坑咳氲牧黧w的慣性而破裂，稱之為“慣性空化”。
在一個(gè)劇烈破裂的氣泡(本發(fā)明所需要的更活化的一個(gè))內(nèi)所導(dǎo)致的極端壓力和溫度可足以因?yàn)樗械乃乃舛l(fā)自由基的產(chǎn)生。如果在流體/固體界面(例如牙齒表面)附近處發(fā)生氣泡破裂，在介質(zhì)和高速流體射流中的剪切力直接指向固體結(jié)構(gòu)也就是牙齒和牙齦。在本發(fā)明的說明中，空化作用包括由于刷毛在穩(wěn)定空化中的作用而在牙齒流體中早已存在的微泡的超聲波誘導(dǎo)激發(fā)，它通過由與微流動(dòng)相關(guān)的剪切力所導(dǎo)致的洗刷作用，從牙齒表面和鄰間表面移動(dòng)或者松動(dòng)斑點(diǎn)和其他碎屑。另一種效果可以是遠(yuǎn)離換能器產(chǎn)生相干的流體流，稱之為聲流動(dòng)，它的強(qiáng)度因?yàn)槌暡ê臀⑴莸南嗷プ饔枚鰪?qiáng)。通常，因?yàn)楸景l(fā)明的超聲波換能器而發(fā)生空化的微泡的直徑在大約1μm至大約150μm。
氣泡具有與氣泡半徑反比變化的第一共振頻率，并也強(qiáng)烈地依賴于其他因素，例如氣體含量和表面張力。通常例如牙齒流體內(nèi)的直徑在大約1μm至大約150μm的氣泡會(huì)在利用在20kHz至3MHz范圍內(nèi)操作的超聲波換能器在那些氣泡上施加超聲波的時(shí)候共振。更具體地說，牙齒流體內(nèi)的直徑在大約1μm至大約100μm的氣泡會(huì)在利用在30kHz至3MHz范圍內(nèi)操作的超聲波換能器在那些氣泡上施加超聲波的時(shí)候共振。更進(jìn)一步具體的說，牙齒流體內(nèi)的直徑在大約4.3μm至大約33μm的氣泡會(huì)在利用在100kHz至750kHz范圍內(nèi)操作的超聲波換能器在那些氣泡上施加超聲波的時(shí)候共振。再進(jìn)一步具體地說，牙齒流體內(nèi)的直徑在大約5μm至大約30μm的氣泡會(huì)在利用在100kHz至600kHz范圍內(nèi)操作的超聲波換能器在那些氣泡上施加超聲波的時(shí)候共振。再進(jìn)一步地，牙齒流體內(nèi)的直徑在大約6.5μm至大約22μm的氣泡會(huì)在利用在150kHz至500kHz范圍內(nèi)操作的超聲波換能器在那些氣泡上施加超聲波的時(shí)候共振。在此處提出的一個(gè)示例性實(shí)施方案中，牙齒流體內(nèi)的直徑在大約12μm至大約26μm的氣泡會(huì)在利用在250kHz至500kHz范圍內(nèi)操作的超聲波換能器在那些氣泡上施加超聲波的時(shí)候共振。不論所施加的超聲波頻率是否與氣泡的共振頻率不同，低級(jí)的超聲波會(huì)誘發(fā)氣泡體積中的暫時(shí)變化，可以在一個(gè)聲音循環(huán)中也可以經(jīng)過起初小而且是正弦的多個(gè)聲音循環(huán)。因此“穩(wěn)定空化”是指那些氣泡中的簡(jiǎn)單體積變化，其中周圍流體中的除了慣性之外或者代替慣性的因素支配氣泡的行為。并且不論所施加的超聲波頻率是否與氣泡的共振頻率不同，那些所誘發(fā)的氣泡體積的暫時(shí)變化會(huì)在氣泡附近的流體內(nèi)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)的機(jī)械效應(yīng)可以除去斑點(diǎn)。
由于幾何性質(zhì)和阻抗矢配，空化氣泡散開并發(fā)出聲音。發(fā)生穩(wěn)定空化的氣泡的壓縮和變稀疏會(huì)主要在用于低級(jí)聲音的所施加的信號(hào)頻率處導(dǎo)致聲音的發(fā)出。當(dāng)氣泡朝著它們的共振頻率(可以僅在幾個(gè)循環(huán)內(nèi)發(fā)生)生長(zhǎng)時(shí)或者當(dāng)所施加的聲場(chǎng)增加時(shí)，氣泡內(nèi)的體積變化在一個(gè)聲音循環(huán)內(nèi)發(fā)展為更復(fù)雜的時(shí)間函數(shù)，聲音的發(fā)出也是這樣，而不管那些變化是否保持徑向?qū)ΨQ。作為生長(zhǎng)的氣泡幅度的函數(shù)，那些發(fā)聲首先包括所施加的信號(hào)(F0)的超諧波(2F0，3F0等)(以及F0自身的發(fā)聲)。最后，一個(gè)一次穩(wěn)定振蕩的氣泡可以猛烈的破裂和/或變得不對(duì)稱，在更大的頻率范圍中超諧波發(fā)射以及寬帶發(fā)聲(即F0的非積分值)的幅度有相應(yīng)的增加，包括所施加信號(hào)的多個(gè)超諧波的最后發(fā)聲(例如(1/2F0))。通過檢測(cè)這些發(fā)射，例如通過水聽器，可以遠(yuǎn)程訪問在聲穿透材料中的空化活化水平，并且與空化有關(guān)的各種機(jī)械和化學(xué)效應(yīng)相關(guān)，例如此處所示的斑點(diǎn)去除。參見Chang等的IEEETransactions on Ultrasonics，F(xiàn)erroelectrics，and Frequency Control48(1)161-170(2001)；Poliachik等的Ultrasound in Medicine andBiology 27(11)1567-1576(2001)；Leighton，UltrasonicsSonochemistry 2(2)S123-S136(1995)；以及Roy等的J.Acoust.Soc.Am 87(6)2451v-2458(1990)。例如，當(dāng)根據(jù)所施加信號(hào)的幅度劃分時(shí)，可以期待超諧波的標(biāo)準(zhǔn)化幅度隨著氣泡活性的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，并且斑點(diǎn)的去除會(huì)相應(yīng)增長(zhǎng)。另外，可以期待在氣泡介質(zhì)的輻射光譜帶(從(1/2)F0至10F0)上的積分隨著氣泡活性的增加而增加，并且斑點(diǎn)的去除會(huì)相應(yīng)增長(zhǎng)。
如此處使用的，“微流動(dòng)”和“聲微流動(dòng)”是指因?yàn)槌暡▓?chǎng)內(nèi)的機(jī)械壓力變化對(duì)微泡的作用而發(fā)生的微泡附近的流體的運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明的說明中，與“微流動(dòng)”和“聲微流動(dòng)”有密切關(guān)系的是與牙齒流體內(nèi)的空化微泡有關(guān)的剪切力，它沿著牙齦和牙齒的表面并在牙鄰間和牙齦下分布。這些剪切力會(huì)除去在這些表面上的斑點(diǎn)和/或污物。
用于“聲微流動(dòng)”的控制超聲波參數(shù)包括(1)載體頻率(也就是單個(gè)超聲波的頻率)通常在大約20kHz以上。更具體的說，載體頻率在大約30kHz至大約3MHz；更具體的，載體頻率在大約100kHz至大約750kHz；更具體的，載體頻率在大約100kHz至大約600kHzz；更具體的，載體頻率在大約150kHz至大約500kHz；進(jìn)一步更具體的，載體頻率在大約250kHz至大約500kHz?？梢岳斫?，載體頻率的實(shí)際值會(huì)依賴于可得到的氣泡總數(shù)和所采用的超聲波換能器的規(guī)模；(2)“脈沖重復(fù)頻率”(PRF)，也就是單個(gè)的超聲波的包或者脈沖群的頻率，通常但不限于從大約1Hz至大約10000Hz的范圍；更具體的說，在從大約10Hz至大約1000Hz的范圍；更具體的說，從大約50Hz至大約250Hz的范圍；可以理解，PRF的實(shí)際值是聲音頻率(也就是本發(fā)明的牙刷的聲元件所驅(qū)動(dòng)的刷毛和/或聲波導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)頻率)的小的多倍(通常是兩倍或者更多，更典型的是四倍或者更多)；以及(3)在超聲波的包或者脈沖群內(nèi)的單個(gè)超聲波的數(shù)量通常在大約1至大約5000之間；典型的在大約5至大約1000之間；更典型的在大約5至大約100之間。對(duì)于聲微流動(dòng)，短的脈沖群和低的PRF是適合的。PRF和脈沖持續(xù)時(shí)間的乘積產(chǎn)生工作循環(huán)(也就是超聲波打開時(shí)間的百分比)。通常工作循環(huán)在大約1％至大約10％。
如此處使用的，“聲流動(dòng)”指因?yàn)槌暡ㄊ乃p而使動(dòng)量從聲波轉(zhuǎn)移至流體所產(chǎn)生的流體的松散(bulk)的或相干的流動(dòng)。傳播到流體內(nèi)的超聲波不論有沒有氣泡，可以產(chǎn)生“聲流動(dòng)”，它在尺寸和程度方面可以是非常顯著的，甚至在流體內(nèi)有氣泡時(shí)比沒有氣泡更大。與激發(fā)氣泡所需要的頻率相比，聲流動(dòng)通常需要更高的頻率(頻率越高，聲流動(dòng)越大)。
聲流動(dòng)速度v與流體的幅度吸收系數(shù)α(它自身與在線性聲音傳播條件下的超聲波頻率成正比，并更強(qiáng)烈地依賴于在非線性聲音傳播條件下的頻率)成正比，并與其動(dòng)力學(xué)粘度υ成反比v＝(αl2I/cυ)(G)其中I是超聲波束的強(qiáng)度，l是超聲波束的直徑，c是聲音的速度，G是取決于聲音束大小的幾何因子。Zauhar等，British J.Of Radiology71297-302(1998)。
用于“聲流動(dòng)”的控制超聲波參數(shù)包括(1)載體頻率通常大于20kHz；更具體的說，在大約500kHz至大約5000kHz或更高，以增強(qiáng)聲音吸收；(2)“脈沖重復(fù)頻率”(PRF)通常但不限于大約1Hz至大約10000Hz；更具體的說，在大約10Hz至大約10000Hz；更具體的說，再大約100Hz至大約10000Hz；再具體的，在大約1000Hz至大約10000Hz；以及(3)在超聲波的包或者脈沖內(nèi)的單個(gè)超聲波的數(shù)量通常在大約1至大約5000之間；典型的在大約5至大約100之間。為了增強(qiáng)“聲流動(dòng)”，更長(zhǎng)的工作循環(huán)(占空度)通常是例如至少大約10％；更典型的是大約25％至大約100％，再典型的是大約50％或者大約75％至大約100％。此處舉出了更長(zhǎng)的脈沖群，例如在大約1MHz的頻率處在PRF為至少1000Hz的情況下大于大約100個(gè)波。但是很明顯，本發(fā)明的牙刷中可以適當(dāng)?shù)夭捎貌煌拿}沖長(zhǎng)度、頻率和PRF值。
如此處所使用的，“機(jī)械指數(shù)”是指經(jīng)過所施加的聲音壓力的一個(gè)循環(huán)的預(yù)先存在的氣泡的空化的開始的量度。參見Holland等人的IEEE Transactions on Ultrasonics，F(xiàn)erroelectrics，and FrequencyControl 36(2)204-208(1989)；以及Apfel等人的Ultrasound Med.Biol.17(2)179-185(1991)。這種量度與峰值負(fù)壓(MPa)幅度成正比，并與所施加的聲音的頻率(MHz)的平方根成反比。當(dāng)機(jī)械指數(shù)值超過1.9的時(shí)候，超聲波可以產(chǎn)生慣性空化，是空化的最有機(jī)械活性的一種類型，并超出了除去斑點(diǎn)所需要的量?？刂萍俣ㄒ笞顑?yōu)尺寸的氣泡等溫生長(zhǎng)，忽略擴(kuò)散到氣泡中的氣體，并且圍繞氣泡的流體是不可壓縮的。這些假定產(chǎn)生了最具活性的氣泡破裂，使得機(jī)械指數(shù)是慣性空化開始的一個(gè)保守量度。
經(jīng)驗(yàn)證據(jù)顯示，利用低至0.1的機(jī)械指數(shù)可以實(shí)現(xiàn)斑點(diǎn)的去除。但是理論考慮建議，可以利用低至0.01的機(jī)械指數(shù)來實(shí)現(xiàn)斑點(diǎn)減少。參見Krasovitski等人的IEEE Transactions on Ultrasonics，F(xiàn)erroelectrics，and Frequency Control 51(8)973-979(2004)。例如與懸浮在水中并且受到430kHz頻率的超聲波和10000Pa的壓力幅度(例如機(jī)械指數(shù)大致是0.01)的氣泡有關(guān)的聲微流動(dòng)所產(chǎn)生的壁上的剪切應(yīng)力被預(yù)測(cè)為大致是5Pa，它足以通過斑點(diǎn)上的穩(wěn)流而除去斑點(diǎn)。參見Stoodley等人的J.Industrial Microbiology & Biotechnology29361-367(2002)。本發(fā)明的牙刷所得出的機(jī)械指數(shù)通常是在大約0.001至大約1000的范圍內(nèi)。更典型的是，機(jī)械指數(shù)是在大約0.001至大約100的范圍內(nèi)，再典型的是在大約0.002至大約20的范圍內(nèi)，進(jìn)一步典型的是在大約0.01至大約5的范圍內(nèi)，或者是在大約0.01至大約1.9的范圍內(nèi)。
如此處使用的，“微泡”是指在口腔內(nèi)例如在牙齒流體內(nèi)或者斑點(diǎn)內(nèi)存在的微小氣泡?！拔⑴荨笨梢栽诹黧w內(nèi)生長(zhǎng)，例如通過引入適當(dāng)?shù)难栏?；可以通過牙刷通過手動(dòng)刷牙而產(chǎn)生；和/或可以通過刷毛結(jié)合目前披露的某些電動(dòng)牙刷的聲元件的來產(chǎn)生?！拔⑴荨蓖ㄟ^超聲波換能器所傳遞并由聲波導(dǎo)傳播的超聲波信號(hào)而作用。根據(jù)該微泡直徑，“微泡”在特定頻率處或者其附近共振。
示例性牙刷圖1顯示了本發(fā)明的示例性牙刷10。牙刷10包括剛性或者半剛性材料構(gòu)成的把手15，它通常容納可更換電池12，所述電池優(yōu)選用于給包括超聲波模塊驅(qū)動(dòng)電路14的電路感應(yīng)充電；聲元件16，包括電機(jī)，優(yōu)選是DC電機(jī)，用于以聲頻驅(qū)動(dòng)牙刷頭20；以及計(jì)時(shí)器和電機(jī)控制單元18。適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)、超聲波驅(qū)動(dòng)電路、可更換電池、以及計(jì)時(shí)器和電機(jī)控制單元如該領(lǐng)域所知。
把手15與牙刷頭20連接，包括桿部21，還包括超聲波換能器22和可在超聲波換能器附近操作的聲波導(dǎo)24。在圖1所示的牙刷實(shí)施方案中，顯示了一個(gè)在超聲波換能器22后面并且圍繞其每一側(cè)延伸的泡沫元件28?？梢岳斫猓菽?8至少將部分超聲波向前反射穿過聲波導(dǎo)24并進(jìn)入牙齒流體。牙刷頭20可以可移動(dòng)地或者固定地連接至把手15。通常，牙刷頭20包括靠近聲波導(dǎo)24設(shè)置的多個(gè)刷毛簇26。牙刷頭20可以任選包括阻抗匹配層29。如下所述，阻抗匹配層29改善了設(shè)備的效率。
在所披露的實(shí)施方案中，超聲波模塊驅(qū)動(dòng)電路14提供的交流驅(qū)動(dòng)超聲波換能器22，從而換能器22主要沿著一個(gè)軸在與超聲波模塊驅(qū)動(dòng)電路14所提供的頻率共振處或者接近共振處而膨脹和收縮，由此將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量。所得到的超聲波被引導(dǎo)至聲波導(dǎo)24內(nèi)，并由其傳播、聚集和輻射出去。聚集的超聲波能量作用在牙齒流體(通常是唾液和牙膏，圖中未顯示)內(nèi)的微泡上，以誘發(fā)空化，由此使沉積在牙齒和牙鄰間區(qū)域上的斑點(diǎn)松動(dòng)。
超聲波換能器如上所述，本發(fā)明某些實(shí)施方案提供一種牙刷10，它采用超聲波換能器22來產(chǎn)生超聲波能量，并與聲波導(dǎo)24結(jié)合以有效地將該超聲波能量傳導(dǎo)到牙齒流體中。微泡不論是利用手動(dòng)牙刷通過傳統(tǒng)手動(dòng)刷牙動(dòng)作而存在于牙齒流體內(nèi)和/或通過驅(qū)動(dòng)牙刷刷毛26的運(yùn)動(dòng)的聲元件16和/或在音速的聲波導(dǎo)24來形成(見下文)，它都被通過超聲波能量誘發(fā)空化而被激發(fā)，以實(shí)現(xiàn)能有效地在距離牙刷頭的有限距離處從牙齒表面和牙鄰間區(qū)域松動(dòng)和除去斑點(diǎn)。
如果沒有本發(fā)明的超聲波換能器22，微泡只是牙齒流體內(nèi)的簡(jiǎn)單的被動(dòng)的孔。此處披露的超聲波換能器22導(dǎo)致這些微泡脈動(dòng)，由此圍繞單個(gè)氣泡產(chǎn)生局部流體運(yùn)動(dòng)。這種效果在此被稱之為“微流動(dòng)”，并且與超聲波空化效果相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了足以分解斑點(diǎn)的剪切應(yīng)力。通常，本發(fā)明的超聲波換能器22所誘發(fā)的微流動(dòng)實(shí)現(xiàn)的剪切應(yīng)力在大約0.1Pa至大約1000Pa之間。更通常的是，微流動(dòng)實(shí)現(xiàn)的剪切應(yīng)力在大約0.2Pa至大約500Pa之間。進(jìn)一步通常的是，剪切應(yīng)力在大約0.3Pa至大約150Pa之間。最通常的是，剪切應(yīng)力在大約1Pa至大約30Pa之間。
超聲波換能器22的另一個(gè)效果是在牙齒流體內(nèi)沿著朝向牙齒和牙鄰間和牙齦下空間的方向沉積動(dòng)量，由此提高牙齒流體的速度和相干性。這種松散的流體流過程被稱之為聲流動(dòng)(acoustic streaming)。
不論是通過產(chǎn)生聲微流動(dòng)和/或聲流動(dòng)，相關(guān)的剪切和壓力發(fā)揮作用，按照超過單獨(dú)的牙刷毛26所能做到的方式和程度侵蝕和去除斑點(diǎn)。尤其是，通過從超聲波換能器22通過聲波導(dǎo)24將超聲波傳導(dǎo)至刷毛頂端26附近和之外的牙齒流體內(nèi)，便于實(shí)現(xiàn)這些超聲波效果。
適合用于本發(fā)明的超聲波牙刷10的超聲波換能器22容易從現(xiàn)有技術(shù)中獲得(例如US5938612和US6500121，每一篇專利在此以全文引入作為參考)，并且最通常的是，可以通過壓電或者磁致伸縮效果來操作。磁致伸縮換能器例如可以產(chǎn)生20-40kHz范圍內(nèi)的高強(qiáng)度超聲波。或者可以通過向例如鋯鈦酸鉛(PdZrTi或者PZT)的壓電材料的薄晶片施加電子振蕩器輸出，可以產(chǎn)生超聲波。有各種壓電PZT陶瓷共混物可以用于制造能夠用于本發(fā)明的牙刷的超聲波換能器。也可以使用其他換能器材料例如壓電聚合物，如單層或者多層聚偏二氟乙烯(PVDF)，或者晶體壓電材料，例如鈮酸鋰(LiNbO3)，石英，以及鈦酸鋇。超聲波換能器可以是平的或者彎曲的(例如圓錐截面)，以聚集超聲波。
除了壓電材料之外，電容性的微加工的超聲波換能器(cMUT)材料或者靜電聚合物發(fā)泡體也是適合的?？梢栽诶鐝较?、縱向、剪切等各種振動(dòng)模式中使用多種這些材料，以產(chǎn)生聲波。另外，單晶壓電材料，例如Pb(Mg1/3Nb1/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)等，也可以用于減少如振幅數(shù)量級(jí)那么多的電壓/傳輸水平比例。
除了換能器材料外，一個(gè)或者多個(gè)阻抗匹配層29(通常設(shè)計(jì)為四分之一波長(zhǎng)匹配層)可以有助于在從通用的高阻抗換能器材料向較低阻抗的聲音波導(dǎo)材料中傳輸?shù)臅r(shí)候改善效率和帶寬。通常，選擇匹配材料，其厚度將能支撐理想頻率的四分之一波，并且在要匹配的兩個(gè)阻抗內(nèi)選擇最佳的聲音阻抗。適當(dāng)?shù)牟牧峡梢园ㄈ缦虏牧希绛h(huán)氧樹脂和金屬顆粒復(fù)合物、石墨、或者本領(lǐng)域技術(shù)人員已知并可以獲得的其他候選材料基質(zhì)。
聲波導(dǎo)如上所示，本發(fā)明的一個(gè)方面基于這樣一種觀察，即與超聲波換能器可操作地結(jié)合使用的聲波導(dǎo)能有效地將超聲波從換能器傳播到牙齒流體中，由此產(chǎn)生和/或?qū)е卵例X流體中存在的微泡的空化。通常，如圖1所示，超聲波換能器22位于牙刷頭20的基部，在聲波導(dǎo)24的可操作附近處，從而超聲波能有效傳播到聲波導(dǎo)24內(nèi)并通過它傳播到牙齒流體(未顯示)內(nèi)。
如上所示，在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明還提供一種電動(dòng)牙刷10，包括具有聲波導(dǎo)24的牙刷頭20，其中牙刷頭20可操作地連接至聲元件16，并且其中聲元件16導(dǎo)致聲波導(dǎo)24振動(dòng)，從而增加了其中浸有聲波導(dǎo)24的牙齒流體內(nèi)的微泡的流動(dòng)和產(chǎn)生。
在另一些實(shí)施方案中，提供一種電動(dòng)牙刷10，包括在超聲波換能器22的可操作附近處并與聲元件16可操作連接的聲波導(dǎo)24的結(jié)合，以通過聯(lián)合增加流體流和微泡的形成，以及空化和聲微流動(dòng)效果，而進(jìn)一步改善牙齒清潔性能。此處，通過將超聲波換能器2直接與聲波導(dǎo)24直接連接可以便于可操作的連接，或者將超聲波傳導(dǎo)材料例如阻抗匹配層29設(shè)置在超聲波換能器22和聲波導(dǎo)24之間，可以既提高從換能器22至聲波導(dǎo)24的超聲波傳輸效率，或，或者是或另外是有效提高換能器22和聲波導(dǎo)24之間的距離，以例如便于設(shè)備的制造過程。
已經(jīng)描述了剛性聲波導(dǎo)，例如鋁或者鈦制成的實(shí)心波導(dǎo)或者填充有脫氣水的中空波導(dǎo)，用于將高強(qiáng)度的聚集超聲波(HFU)送入活體組織，用于通過熱誘導(dǎo)進(jìn)行治療(例如藥物輸送和止血)和/或用于生成慣性空化。例如參見Martin等和Mesiwala等的US專利公開2003/0060736，Ultrasound in Medicine and Biology 28(1)389-400(2002)。
這些用于聲波導(dǎo)的申請(qǐng)說明利用物理構(gòu)件便于在超聲波換能器面之外傳播超聲波以實(shí)現(xiàn)治療效果。本發(fā)明相反，基于這樣一種觀察，聲波導(dǎo)具有柔性構(gòu)件，通常具有平的輪廓，可以與超聲波換能器結(jié)合使用以便于將超聲波傳播到口腔內(nèi)，激發(fā)已有的氣泡以除去斑點(diǎn)，其方式也能最佳的產(chǎn)生發(fā)泡流體射流(由于輪廓的平的方面)并促進(jìn)令人滿意的口腔感覺。
浸有聲波導(dǎo)24的牙齒流體(圖1)通常是唾液或者牙膏乳劑，由于在每個(gè)刷毛簇26內(nèi)和在相鄰的刷毛簇26之間存在大的空氣穴，因此非常容易吸收聲音，并且在不使用聲波導(dǎo)24的情況下，會(huì)在波陣面到達(dá)牙齒和牙齦之前衰減顯著量的超聲波。空氣介質(zhì)具有非常低的聲音阻抗，它會(huì)與通常用于超聲波換能器22內(nèi)的高聲頻阻抗材料具有很大的阻抗失配。這種阻抗失配是從超聲波換能器22向牙齒和牙齦表面?zhèn)鬏斅曇舻囊粋€(gè)明顯阻礙。聲波導(dǎo)24通過接收、容納和并向牙齒表面附近的唾液和牙膏乳劑傳送聲音能量，從而作為跨越這種聲頻失配的橋梁，克服了唾液和牙膏乳劑所經(jīng)常會(huì)面對(duì)的衰減效應(yīng)。
本發(fā)明以如圖2-5和9A-9H所示的聲波導(dǎo)作為示例提出多種聲波導(dǎo)設(shè)計(jì)。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，聲波導(dǎo)24可以單獨(dú)使用、與聲元件16結(jié)合使用、和/或與超聲波換能器22結(jié)合使用。適當(dāng)?shù)穆暡▽?dǎo)都具有物理性移動(dòng)牙齒流體和/或有效地便于傳播并可以聚集超聲波換能器22所傳送的超聲波，由此增強(qiáng)流體運(yùn)動(dòng)以及所得到的空化和微流動(dòng)的相關(guān)效果。
圖2A顯示了示例性電動(dòng)牙刷頭120的實(shí)施方案，它包括與聲波導(dǎo)124結(jié)合的超聲波換能器122。側(cè)視圖顯示了聲波導(dǎo)124，它從超聲波換能器122向牙齒和牙齦(未顯示)運(yùn)送超聲波能量。聲波導(dǎo)124處于超聲波換能器122的可操作的附近，并靠近和在一個(gè)或者多個(gè)側(cè)面刷毛簇126的側(cè)面上。在這種示例性設(shè)計(jì)中，聲波導(dǎo)124由軟的平滑的硅橡膠制成，已經(jīng)知道它具有令人滿意的表面紋理和傳送超聲波的能量，阻抗匹配層129設(shè)置在聲波導(dǎo)124和超聲波換能器122之間。
最實(shí)質(zhì)性地影響超聲波穿過聲波導(dǎo)的傳送的兩個(gè)參數(shù)是(1)制造波導(dǎo)的材料，以及(2)波導(dǎo)的幾何形狀。以下將詳細(xì)描述這些參數(shù)。不管所采用的具體的聲波導(dǎo)材料和幾何形狀，本發(fā)明都考慮這種參數(shù)的選擇以實(shí)現(xiàn)令人滿意的口腔感覺。因此制造或者模制聲波導(dǎo)的材料優(yōu)選足夠軟，以在放入口內(nèi)和/或直接與口相接觸時(shí)討人喜歡。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，理想地設(shè)置具有令人喜歡的紋理的聲波導(dǎo)，以有效地接入、傳導(dǎo)、相干聚集、非相干壓縮以及接出聲能。
對(duì)用于制造本發(fā)明的牙刷所使用的聲波導(dǎo)的適當(dāng)材料的選擇可以由技術(shù)人員在考慮以下教導(dǎo)的情況下來實(shí)現(xiàn)?？梢允褂酶鞣N絕緣材料，例如二氧化硅(SiO2)，氮化硅(Si3N4)，以及許多聚合物。例如硅樹脂澆鑄/模制的RTV，液體注射模制(LIM)硅樹脂，和/或熱塑性彈性體(TPE)，可以采用注塑模制工藝。聚合物比其他波導(dǎo)材料有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兙哂邢鄬?duì)低的剪切波速度。但是，由于它們的粘彈性，可能必須交聯(lián)以避免過度的聲音損失。交聯(lián)允許引起聲音損耗的聚合物具有平衡的彈性應(yīng)力，因此代表穩(wěn)定的波導(dǎo)層。
適用于本發(fā)明的聲波導(dǎo)的材料的硬度可以通過肖氏(硬度計(jì))測(cè)試或者洛氏硬度測(cè)試來確定。這些硬度測(cè)試方法是該領(lǐng)域已知和可以獲得的。這些測(cè)試測(cè)量材料對(duì)壓痕的耐受性，并提供經(jīng)驗(yàn)硬度值。肖氏硬度，可以利用肖氏A或者肖氏D刻度，是用于橡膠/彈性體的優(yōu)選方法，并可以用于“更軟的”塑料，例如聚烯烴、氟代聚合物和乙烯。肖氏A刻度用于“更軟的”橡膠，肖氏D刻度用于“較硬的”材料。肖氏硬度用硬度計(jì)測(cè)量，因此也被稱之為硬度計(jì)硬度。通過將硬度計(jì)壓頭穿透到樣品中來確定硬度值。ASTM測(cè)試方法名稱是ASTM D2240 00。相關(guān)的方法包括ISO 7619，ISO868，DIN53505和JIS K6253。此處每個(gè)這種硬度計(jì)測(cè)試方法的全部?jī)?nèi)容都被引入作為參考。
彈性聲波導(dǎo)的硬度計(jì)測(cè)量值通常在5-110肖氏A的硬度范圍內(nèi)，更典型的是從10至100肖氏A，進(jìn)一步典型的是從20至80肖氏A。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)明白，在與本發(fā)明的電動(dòng)牙刷結(jié)合使用的聲波導(dǎo)中可以采用較硬的材料；但是較硬的材料會(huì)提供逐漸不令人滿意的口腔感覺。
本發(fā)明還考慮，可以結(jié)合使用一種以上的材料，以形成具有優(yōu)選的硬度和口腔感覺的聲波導(dǎo)。例如，可以在聲波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中嵌入或者成層堆積另外的聲音匹配元件，并可以通過一個(gè)或者多個(gè)匹配層與超聲波換能器可操作地接觸。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的聲波導(dǎo)還在波導(dǎo)頂端設(shè)置匹配層，以幫助接入低阻抗牙膏乳劑(例如牙齒流體)。理想的是，在聲波導(dǎo)和周圍的介質(zhì)之間具有明顯的特定聲頻阻抗變化，從而不會(huì)因?yàn)槁暡▽?dǎo)的側(cè)面而使波實(shí)質(zhì)上接入到周圍的介質(zhì)中。
此處作為示例的是原型換能器組件，具有與PZT超聲波換能器可操作接觸的石墨阻抗匹配層。如圖9A所示，波導(dǎo)組件150A可以包括可以插入到注射模具中石墨芯部分152A或者類似的材料，以及通過注入模制法圍繞著它模制的彈性體外部154A?；蛘?，可以使用多點(diǎn)法(multishot)來產(chǎn)生具有不同聲音和彈性性質(zhì)的材料梯度。如此處所述的，“多點(diǎn)”是指在一個(gè)模具中設(shè)置幾個(gè)塑料點(diǎn)(shot)。例如在如下的聲波導(dǎo)實(shí)施方案中可以采用這一工藝，其中第一相對(duì)硬的材料層(例如大約肖氏80硬度或更大)在超聲波換能器元件的可操作附近；第二相對(duì)軟的材料層(例如在大約肖氏20和肖氏80之間)緊鄰著第一材料層并與其相接觸；以及第三仍然較軟的(例如大約肖氏20硬度或更小)材料層緊鄰著第二材料層并與其相接觸，用于給牙齒非常柔和的感覺。這些示例性聲波導(dǎo)設(shè)計(jì)可以形成為單獨(dú)的工件，或者它們可以與主體硬牙刷材料結(jié)合模制。
因此在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的聲波導(dǎo)可以包括兩個(gè)或者多個(gè)塑料/彈性體層。例如可以考慮包括三個(gè)、四個(gè)、和/或五個(gè)塑料/彈性體層的聲波導(dǎo)用于某些應(yīng)用。這種聲波導(dǎo)還可以包括一個(gè)或者多個(gè)插入件，用于成型聲音性能和優(yōu)化聲音性質(zhì)。在另一些實(shí)施方案中，聲波導(dǎo)可以包括一個(gè)或者多個(gè)牙刷刷毛，可以與塑料/彈性體和插入層結(jié)合模制或者在模制過程之后再連接。牙刷刷毛設(shè)計(jì)和材料是該領(lǐng)域技術(shù)人員已知和可以獲得的。
參考圖9A至9H，技術(shù)人員可以理解，聲波導(dǎo)可以形成為多種三維形狀或者幾何形狀的任何一種。例如圖9A顯示了具有彎曲和錐形幾何形狀的波導(dǎo)150A。圖9B顯示了具有會(huì)聚和楔性部分152B的替換的波導(dǎo)150B。圖9C顯示了替換的波導(dǎo)150C，其中會(huì)聚部分由可以由間隙154C分開的多個(gè)較短部分152C構(gòu)成。圖9D顯示了替換的波導(dǎo)150D，具有子彈形主體152D，帶有小凸起154D用于促進(jìn)流體流動(dòng)。圖9E顯示了替換的波導(dǎo)150E，具有帶彎曲端部154E的會(huì)聚部分152E?？梢岳斫猓M管顯示了彎曲端部154E，但是在某些情況下希望更復(fù)雜的彎曲端部。圖9F顯示了圓錐狀的替換波導(dǎo)150F。圖9G顯示了雙錐形的替換波導(dǎo)150G。圖9H顯示了具有多個(gè)棱錐形部分152H的替換波導(dǎo)150H。以下將討論關(guān)于適當(dāng)選擇波導(dǎo)幾何形狀的設(shè)計(jì)思考。可以選擇波導(dǎo)的形狀，例如實(shí)現(xiàn)聲波的特定壓縮和/或聚集。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，聲波導(dǎo)能夠?qū)某暡〒Q能器傳送來的超聲波進(jìn)行聲頻相干聚集。例如可以通過將包括具有已知聲音速度的傳導(dǎo)介質(zhì)的波導(dǎo)頂端彎曲可以實(shí)現(xiàn)聲頻相干聚集?；蛘呖梢栽趶澢牟▽?dǎo)的端部中加入具有已知的波速度的超聲波傳導(dǎo)聚合物部分，以在進(jìn)入可變音速介質(zhì)(例如分散性發(fā)泡介質(zhì))之前接近于完全聚集。在這種實(shí)施方案中，可以采用單個(gè)曲線來實(shí)現(xiàn)單個(gè)的聚集，而扇形曲線用于制造多個(gè)焦點(diǎn)。
在替換的實(shí)施方案中，聲波導(dǎo)能夠?qū)某暡〒Q能器傳送來的超聲波進(jìn)行聲頻不相干聚集。例如通過傳導(dǎo)的聲音以半相干的方式進(jìn)入逐漸變小的區(qū)域從而提高強(qiáng)度的圓錐形或楔形，可以實(shí)現(xiàn)聲頻不相干聚集?；蛘呖梢圆捎枚鄠€(gè)圓柱形頂端以提供更高聲強(qiáng)的多個(gè)區(qū)域。
不管具體的材料和/或幾何形狀如何，本發(fā)明的聲波導(dǎo)被制造為在牙刷頭上移動(dòng)的時(shí)候產(chǎn)生流體流。例如通過采用延伸進(jìn)入牙齒流體內(nèi)的柔軟的機(jī)械凸起，可以實(shí)現(xiàn)所需要的流體運(yùn)動(dòng)和超聲波向牙齒流體內(nèi)的傳送。在這種情況下，聲波導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)可以是并排的或者是旋轉(zhuǎn)的。
當(dāng)聲波導(dǎo)運(yùn)動(dòng)是旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，該運(yùn)動(dòng)通常圍繞著波導(dǎo)的縱軸或者與其相平行，并可以利用楔形或圓錐形、呈十字或者星形圖案的多個(gè)楔形或圓錐形、風(fēng)車狀、和/或呈沒有中心的星形圖案的多個(gè)楔形來實(shí)現(xiàn)。或者可以關(guān)于沿著牙刷頭的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如可以利用楔形或者矩形聲波導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)。
適當(dāng)?shù)穆暡▽?dǎo)也可以采用螺旋槳狀幾何形狀，例如標(biāo)準(zhǔn)的螺旋槳設(shè)計(jì)或者螺旋設(shè)計(jì)。或者聲波導(dǎo)可以具有鉸接的水翼狀，其中它的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生流體提升并因此產(chǎn)生流體流。
聲波導(dǎo)也可以被設(shè)計(jì)為增加傳送至牙齒和牙齦表面的聲能。例如，聲波導(dǎo)可以被設(shè)計(jì)將傳播的聲能容納和壓縮在一個(gè)較小的物理區(qū)域中。如果波導(dǎo)用低聲頻衰減的并且具有適當(dāng)音速的材料制成，從波導(dǎo)端部送傳送的能量的大小將與傳送到波導(dǎo)內(nèi)的相當(dāng)，但是可以被壓縮在一個(gè)較小的區(qū)域中，并因此具有較高的能量密度和/或聲強(qiáng)。波導(dǎo)頂端運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生“聲涂料”以廣泛地分配聲能。
除了低衰減之外，波導(dǎo)通常被設(shè)計(jì)為沿著波導(dǎo)引導(dǎo)聲能，并在其已經(jīng)傳播至波導(dǎo)端部之前將最小量的聲能傳送或“泄漏”到周圍的介質(zhì)中。實(shí)現(xiàn)這一目的的一個(gè)方法是使用其音速明顯低于周圍流體并在波導(dǎo)的側(cè)面具有緩坡(例如楔形)的材料。波導(dǎo)壁的緩坡使得所傳播的波以低的掠射角接觸波導(dǎo)和流體界面。因?yàn)椴▽?dǎo)中的波長(zhǎng)比周圍介質(zhì)的短，因此波將接入低效子諧波模式，其中通過多個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)與周圍介質(zhì)波長(zhǎng)的比例來確定入射角。這些接入流體性不好的傳送模式不會(huì)從波導(dǎo)中抽出大量的能量。
容納、傳送和壓縮聲能的結(jié)合能在波導(dǎo)頂端處產(chǎn)生高強(qiáng)度聲場(chǎng)，并改善了聲能傳送的效率。因此，需要較低的電能來產(chǎn)生用于氣泡活化的適當(dāng)聲強(qiáng)。圖2A-2D(用于矩形波導(dǎo)(124))、圖3A-3F(用于楔形波導(dǎo)124X)、以及圖4A-4D(用于具有彎曲端的楔形波導(dǎo)124Y)顯示了設(shè)計(jì)用于壓縮聲場(chǎng)的有限的元件模型和模擬結(jié)果。圖2A顯示了本發(fā)明的如上所述的牙刷頭120的大體簡(jiǎn)化模型。圖2B顯示了用于作為牙刷頭120模型的有限元件模型的對(duì)應(yīng)部分，包括桿部121′、超聲波換能器122′、阻抗匹配層129′和波導(dǎo)124′。圖2C、3C、3E和4C顯示了用于選定波導(dǎo)的在剛剛傳送之后的波場(chǎng)的曲線，顯示了在波導(dǎo)內(nèi)傳播。這些圖證明少量泄漏進(jìn)入周圍流體中。圖2D、3D、3F和4D顯示了后來在傳送之后的波場(chǎng)曲線，此時(shí)超聲波波陣面被壓縮在波導(dǎo)的頂端中，進(jìn)入流體乳劑的傳送主要來自波導(dǎo)頂端。
除了通過壓縮聲場(chǎng)而增加所傳送的聲強(qiáng)之外，波導(dǎo)可以被設(shè)計(jì)為將能量相干聚集在波導(dǎo)頂端之外的周圍介質(zhì)中。這是通過對(duì)聲波導(dǎo)的端部成型以產(chǎn)生聲透鏡效果來實(shí)現(xiàn)的，所述聲透鏡效果會(huì)將波從波導(dǎo)聚集在波導(dǎo)之外的更高強(qiáng)度場(chǎng)內(nèi)?？梢岳靡环N或者多種波導(dǎo)材料結(jié)合在一起并且成型為產(chǎn)生聚集場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)這種聚集效果。例如，可以在波導(dǎo)的端部處使用低衰減、較高音速的材料來在波陣面進(jìn)入較高衰減的牙膏乳劑中之前繼續(xù)傳播和聚集波陣面。通過利用上述的聲場(chǎng)壓縮，利用聚集效果實(shí)現(xiàn)的聲強(qiáng)提高改善了設(shè)備的效率。因此、最后的設(shè)備的尺寸、重量、功率和成本降低，電池壽命延長(zhǎng)。
再一些實(shí)施方案提供了這樣一種聲波導(dǎo)，它可以被構(gòu)成為在與聲元件(見下文)結(jié)合并且有或者沒有超聲波元件的情況下用于電動(dòng)牙刷頭的時(shí)候具有改善的流體推進(jìn)性能。
聲元件在某些實(shí)施方案中，如上所述，本發(fā)明的牙刷包括與聲波導(dǎo)24和/或超聲波換能器22結(jié)合的聲元件16(見圖1)。通常，聲元件16包括電機(jī)組件，它產(chǎn)生傳送到牙刷頭內(nèi)的聲音振動(dòng)，由此導(dǎo)致聲波導(dǎo)24和/或刷毛簇26振動(dòng)。這種聲音振動(dòng)在牙齒流體內(nèi)產(chǎn)生發(fā)泡流。例如，通過采用聲元件16，可以使聲波導(dǎo)24利用具有足夠壓力和剪切力的相關(guān)流體流朝著牙齒以及牙鄰間和牙齦下空間提升和推動(dòng)牙齒流體，以侵蝕斑點(diǎn)。本發(fā)明的振動(dòng)聲波導(dǎo)24能夠以足夠的速度和聚集度移動(dòng)流體、包括發(fā)泡流體，從而實(shí)現(xiàn)在牙刷頭20的刷毛26的幾個(gè)毫米之外從牙齒上除去斑點(diǎn)。在本發(fā)明的牙刷中可以適當(dāng)?shù)夭捎玫碾姍C(jī)組件是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的并可以獲得的，可以US專利第5978681、6421865、6421866、RE36669號(hào)、以及US專利公開2002/0095734、2002/0116775、2002/0124333和2003/0079304中的牙刷頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作為示例。這些美國(guó)專利和專利申請(qǐng)的全文在此引入作為參考。
本發(fā)明的牙刷能夠在牙刷刷毛頂端和/或聲波導(dǎo)之外在大約1mm至10mm之間的距離處以大約1cm/秒至大約50cm/秒的范圍產(chǎn)生流體流。更具體的說，本發(fā)明的牙刷能夠在牙刷刷毛頂端和/或聲波導(dǎo)之外在大約1mm至10mm之間的距離處以大約2cm/秒至大約30cm/秒的范圍產(chǎn)生流體流。此處的示例是，牙刷能夠在牙刷刷毛頂端和/或聲波導(dǎo)之外在大約1mm至10mm之間的距離處以大約10cm/秒產(chǎn)生流體流。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，通過在聲波導(dǎo)24上的聲音作用而產(chǎn)生發(fā)泡流體不需要上述的超聲波元件16。但是，超聲波換能器22、聲波導(dǎo)24和聲元件16的結(jié)合包括可移動(dòng)地或者固定的結(jié)合的牙刷頭20，并具有把手15，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最有效的電動(dòng)牙刷。聲學(xué)和超聲波元件的這種結(jié)合產(chǎn)生了最令人驚奇的益處，也就是改善了微泡流動(dòng)性能并且增強(qiáng)了空化和聲微流動(dòng)。這些物理性質(zhì)提供了本發(fā)明實(shí)施方案的優(yōu)異的清潔性。也就是，超聲波和聲元件在結(jié)合使用時(shí)能實(shí)現(xiàn)此處所披露的牙刷設(shè)計(jì)，產(chǎn)生了明顯由于聲學(xué)和超聲波元件單獨(dú)的增加效果的協(xié)同清潔效果。例如，聲波導(dǎo)24可以被優(yōu)化以移動(dòng)發(fā)泡流體，其中的氣泡會(huì)便于產(chǎn)生聲流動(dòng)(由此進(jìn)一步增強(qiáng)了波導(dǎo)單獨(dú)所產(chǎn)生的流體流)以及聲微流動(dòng)和空化。
潔牙劑的設(shè)計(jì)和組成在一些相關(guān)的實(shí)施方案中，提供一種潔牙劑，它特別適用于本發(fā)明的電動(dòng)印刷。例如，此處提出了這樣一種潔牙劑，它便于產(chǎn)生所需的氣泡總量，此處披露的超聲波換能器22和聲波導(dǎo)24可以作用在其上。
可以分析牙齒流體內(nèi)的天然氣泡總量，分析流體對(duì)通過它傳遞的超聲波能量的吸收傾向。吸收性越高，就存在越多相關(guān)尺寸的氣泡(由共振公式所啟發(fā)，起初針對(duì)純水在37攝氏度進(jìn)行研究，當(dāng)然也可以用作對(duì)更普遍的條件F0R0＝3.26的近似，其中頻率F0在MHz級(jí)，氣泡的半徑R0在微米級(jí))，當(dāng)然許多偏離共振的氣泡也會(huì)產(chǎn)生所需的斑點(diǎn)和污物去除效果。
通常，例如本發(fā)明的潔牙劑便于在牙齒流體內(nèi)形成直徑大約1μm至大約150μm的氣泡，它會(huì)在施加20kHz至3MHz的頻率范圍的超聲波的時(shí)候共振。更典型的，本發(fā)明的潔牙劑便于在牙齒流體內(nèi)形成直徑大約1μm至大約100μm的氣泡，它會(huì)在施加30kHz至3MHz的頻率范圍的超聲波的時(shí)候共振。更典型的，本發(fā)明的潔牙劑便于在牙齒流體內(nèi)形成直徑大約5μm至大約30μm的氣泡，它會(huì)在施加100kHz至600kHz的頻率范圍的超聲波的時(shí)候共振。在此處示例性的潔牙劑中，在牙齒流體內(nèi)形成直徑大約12μm至大約26μm的氣泡，在向這些氣泡利用在250kHz至500kHz的范圍內(nèi)的超聲波換能器施加超聲波的時(shí)候共振。
適用于此處所披露的牙刷的潔牙劑包括表面活性劑，所述表面活性劑產(chǎn)生便于產(chǎn)生和穩(wěn)定用于通過超聲波換能器與聲波導(dǎo)相結(jié)合進(jìn)行激發(fā)的適當(dāng)尺寸的氣泡的表面張力值。通常，在此處披露的潔牙劑中所采用的表面活性劑產(chǎn)生大約0.1Pa至大約500Pa范圍內(nèi)的表面張力，更典型的，在大約0.2Pa至250Pa的范圍內(nèi)，更進(jìn)一步典型的在大約0.5Pa至大約50Pa。
以下的實(shí)施例用于作為此處披露的本發(fā)明的示例，但是不是對(duì)本發(fā)明的限制。
實(shí)施例實(shí)施例1結(jié)合的聲波和超聲波牙刷的設(shè)計(jì)和構(gòu)成通過用超聲波換能器和聲波導(dǎo)代替市購(gòu)電動(dòng)牙刷中的內(nèi)部刷毛簇來形成原型電動(dòng)牙刷。在這些原型牙刷中采用的超聲波換能器具有在大約150至大約510kHz范圍內(nèi)的顯著功率輸出，它足以激發(fā)形成聲學(xué)上顯著的氣泡總量，并且容易因?yàn)槌暡〒Q能器所發(fā)出的能量而被共振激發(fā)。在超聲波換能器的可操作附近處在牙刷頭上模制聚合物波導(dǎo)，其位置使超聲波換能器所產(chǎn)生的超聲波被傳播和聚集。
實(shí)施例2通過示例性超聲波電動(dòng)牙刷超聲波成像和去除斑點(diǎn)該實(shí)施例披露了對(duì)實(shí)施例1所述的其中一個(gè)原型電動(dòng)牙刷所收集的超聲波成像和斑點(diǎn)去除。
為了說明采用超聲波換能器與聲波導(dǎo)的結(jié)合的電動(dòng)牙刷的改進(jìn)性能，對(duì)采用和未采用聲波導(dǎo)的原型超聲波牙刷收集Doppler和B模式數(shù)據(jù)。圖5A表示沒有聲波導(dǎo)的超聲波牙刷的超聲波圖像。在刷毛頂端(BT)處和在刷毛底部處的刷毛板(BP)處，Doppler數(shù)據(jù)顯示了流體流(在方框內(nèi))而B模式數(shù)據(jù)顯示了聲音反向散射(在方框外)。圖5B顯示了同樣的超聲波牙刷，其中通過聲元件對(duì)移動(dòng)的刷毛供能。這些數(shù)據(jù)顯示即使刷毛是移動(dòng)的(MB)，也不能檢測(cè)到超過刷毛頂端的流體流(FF)。圖5C顯示了結(jié)合有聲波導(dǎo)的原型超聲波牙刷的超聲波B模式圖像。聲元件驅(qū)動(dòng)聲波導(dǎo)的振動(dòng)，并產(chǎn)生移動(dòng)離開牙刷的多泡流體的射流。圖5D顯示了同一個(gè)牙刷的Doppler和B模式超聲波圖像數(shù)據(jù)，顯示了超出刷毛的顯著的流體流(FF)和氣泡(B)。
在涂布斑點(diǎn)(鏈球菌突變)的人造牙齒模型系統(tǒng)中測(cè)試原型超聲波電動(dòng)牙刷的斑點(diǎn)去除。通過弄臟一套人造牙齒，然后施加由位于牙刷頭刷毛頂端之外幾毫米的位置處的沒有超聲波的聲波導(dǎo)產(chǎn)生的流體流，測(cè)試斑點(diǎn)。在施加了與聲波導(dǎo)相結(jié)合的超聲波換能器所產(chǎn)生的流體流之后，減少或者除去了離散的斑點(diǎn)菌落。
也測(cè)試在牙刷頭刷毛頂端到達(dá)范圍之外的牙齒區(qū)域的人造牙齒模型。在從刷毛頂端之外的幾毫米處施加超聲波能量之前，將斑點(diǎn)染成粉色。在施加超聲波之后減少或者除去了離散的斑點(diǎn)菌落。也減少了斑點(diǎn)的背景膜，留下殘留的粉色，主要是因?yàn)槿玖弦呀?jīng)溶出到牙齒內(nèi)。在施加由聲波導(dǎo)產(chǎn)生的流體流之后和在從刷毛之外幾毫米處施加超聲波能量之后測(cè)試同一個(gè)模型系統(tǒng)中的斑點(diǎn)去除。在處理之后減少或者除去了離散的斑點(diǎn)菌落。也減少了斑點(diǎn)的背景膜，留下殘留的粉色，主要是因?yàn)槿玖弦呀?jīng)溶出到牙齒內(nèi)。同時(shí)使用來自聲波導(dǎo)和超聲波的微流體流獲得了更有益的結(jié)果。
實(shí)施例3采用聲波導(dǎo)的示例性超聲波電動(dòng)牙刷的物理參數(shù)的測(cè)量本實(shí)施例披露了本發(fā)明的示例性超聲波電動(dòng)牙刷的物理參數(shù)的測(cè)量。
為了比較各種聲波導(dǎo)幾何形狀的效果，將用于平的未聚集的彈性體/硅樹脂聚合物楔形波導(dǎo)的傳送壓力與用于聚集的彈性體/硅樹脂聚合物楔形波導(dǎo)的傳送壓力相比較。圖6中的每個(gè)聲波導(dǎo)的頂端處的聲壓水平的曲線顯示了聚集的波導(dǎo)(～1.5Mpa頂端壓力)與未聚集的波導(dǎo)(～0.5MPa頂端壓力)相比在傳送壓力中大致增加了三倍。
測(cè)量通過模型牙齒流體/氣泡乳劑傳送的超聲波的吸收，作為30-700kHz頻率范圍內(nèi)的超聲波頻率的函數(shù)。超聲波換能器位于相對(duì)側(cè)上，分開大致0.3至1cm，在包括模擬的牙齒流體(也就是潔牙劑和水的乳劑)的皮氏培養(yǎng)皿的相對(duì)側(cè)上，測(cè)量通過流體傳送的聲音的強(qiáng)度，并由傳送進(jìn)入流體的聲音的強(qiáng)度來測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)化。圖7顯示了示例性的測(cè)試結(jié)果，它顯示了由于超聲波長(zhǎng)度和流體深度之間的共振，在大致200kHz處由于聲音吸收造成的衰減峰值和在大致350kHz處曲線中的假下降。這些數(shù)據(jù)顯示存在可用于在100-500kHz之間的頻率處的聲音激發(fā)的顯著氣泡總量。
實(shí)施例4示例性超聲波電動(dòng)牙刷的斑點(diǎn)去除本實(shí)施例披露了利用與對(duì)射流中的氣泡進(jìn)行的超聲波激發(fā)相結(jié)合的聲波導(dǎo)的聲波振動(dòng)所產(chǎn)生的發(fā)泡射流除去斑點(diǎn)。
采用用于牙齒斑點(diǎn)的鏈球菌突變模型以評(píng)估本發(fā)明的示例性超聲波牙刷的斑點(diǎn)去除。允許鏈球菌突變(人產(chǎn)生的斑點(diǎn))在磨砂載玻片上生長(zhǎng)，然后暴露于在水浴表面處并且以垂直方式與載玻片表面保持幾毫米距離處操作的原型牙刷。使用各種超聲波方案，包括僅有波導(dǎo)(WG)，以及波導(dǎo)加超聲波(WG/US)。載玻片用斑點(diǎn)特定的染料著色，以顯示原樣的斑點(diǎn)(粉色)和沒有斑點(diǎn)的區(qū)域(白色)。
在示例性的化驗(yàn)中，涂布鏈球菌突變的載玻片的表面與原型牙刷的最長(zhǎng)的刷毛相距4mm。超聲波載頻是250kHz，PRF是1000Hz，使用24循環(huán)/脈沖串；機(jī)械指數(shù)是0.75。當(dāng)僅使用聲波導(dǎo)產(chǎn)生的發(fā)泡流體射流的時(shí)候，斑點(diǎn)的厚度發(fā)生微細(xì)減少，在與超聲波結(jié)合的時(shí)候，去除了明顯的斑點(diǎn)。作為比較，將市購(gòu)的電動(dòng)牙刷保持與磨砂載玻片上生長(zhǎng)的斑點(diǎn)相距同樣的距離。對(duì)照(control)的牙刷不會(huì)除去有意義的斑點(diǎn)。
第二化驗(yàn)系統(tǒng)在利用鏈球菌突變進(jìn)行試驗(yàn)之前將羥磷灰石(HA)盤孵化48小時(shí)。超聲波方案是在625HzPRF運(yùn)行的250kHz、40循環(huán)/秒、3秒曝光和在距離聲波導(dǎo)的頂端6mm處測(cè)量的機(jī)械指數(shù)0.9。
聲波導(dǎo)的單獨(dú)作用除去某些斑點(diǎn)；但是與超聲波結(jié)合時(shí)，明顯改善了斑點(diǎn)去除。通過比較，市購(gòu)的電動(dòng)牙刷不會(huì)除去任何斑點(diǎn)，而單獨(dú)的超聲波僅在盤的小區(qū)域中除去幾個(gè)斑點(diǎn)。
在第三個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)中，采用如下超聲波方案在1252HzPRF運(yùn)行的510kHz、2循環(huán)/秒、曝光3秒和在距離聲波導(dǎo)的頂端6mm處測(cè)量的機(jī)械指數(shù)0.51。與上述的試驗(yàn)一致的是，聲波導(dǎo)的單獨(dú)作用除去某些斑點(diǎn)；但是與超聲波結(jié)合時(shí)，明顯改善了斑點(diǎn)去除。通過比較，市購(gòu)的電動(dòng)牙刷在距離牙齒前面1-2mm時(shí)僅除去一些斑點(diǎn)，而單獨(dú)的超聲波僅在盤的小區(qū)域中除去幾個(gè)斑點(diǎn)。因此，聲學(xué)振動(dòng)的聲波導(dǎo)所產(chǎn)生的發(fā)泡流體射流足以在刷毛的到達(dá)范圍之外以比市購(gòu)的電動(dòng)牙刷高至少兩倍的系數(shù)更迅速地除去斑點(diǎn)。
在大范圍的音波方案中觀察斑點(diǎn)去除。當(dāng)PRF是聲頻的多倍、大于1倍的時(shí)候，可以實(shí)現(xiàn)最佳的斑點(diǎn)去除。不希望受到操作的任何具體理論的束縛，相信這種方案會(huì)導(dǎo)致最佳的斑點(diǎn)去除，因?yàn)樗试S超聲波的多脈沖與發(fā)泡射流相互作用，作為聲波導(dǎo)柔軟頂端的斑點(diǎn)被在HA盤面、載玻片的相關(guān)部分和/或牙齒上前后振蕩。還相信，這至少部分是因?yàn)樵诎l(fā)泡流體射流和超聲波的結(jié)合作用下所觀察到的協(xié)同效果導(dǎo)致的。
為了說明這種協(xié)同效果，在有和沒有聲波導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)的情況下評(píng)估在牙齒/斑點(diǎn)去除模型上單獨(dú)使用超聲波的作用。選擇一種超聲波方案，它自身不會(huì)產(chǎn)生有意義的斑點(diǎn)去除(產(chǎn)生或者不產(chǎn)生發(fā)泡射流)，但是在引入含有人造氣泡的牙齒流體(OptisonTM)之后能產(chǎn)生有意義的斑點(diǎn)去除。這種研究結(jié)果也說明單獨(dú)的超聲波不能負(fù)責(zé)除去斑點(diǎn)；但是超聲波激發(fā)人造氣泡相結(jié)合就能明顯除去斑點(diǎn)。
針對(duì)在牙刷刷毛到達(dá)范圍之外的牙齒區(qū)域，對(duì)人造牙齒牙斑模型的進(jìn)一步研究表明，在人造氣泡存在的情況下聲學(xué)振動(dòng)聲波導(dǎo)同時(shí)發(fā)出450kHz超聲波，在僅施用5秒之后就從2-3mm的距離除去斑點(diǎn)，而且斑點(diǎn)去除圖案實(shí)際上呈現(xiàn)在超聲波開始的幾分之一秒內(nèi)。與單獨(dú)利用超聲波相比，發(fā)生這種斑點(diǎn)去除的面積更大，并且與單獨(dú)的發(fā)泡流體射流相比，在明顯更短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生。因此超聲波和聲學(xué)產(chǎn)生的發(fā)泡流體流以一種協(xié)同方式一起作用，以在刷毛到達(dá)范圍之外的較大區(qū)域上快速和有效地去除斑點(diǎn)。
因?yàn)闅馀莸捏w積振蕩，以及相關(guān)的應(yīng)力作用在超聲波頻率、多個(gè)頻率(100kHz數(shù)量級(jí))控制的時(shí)標(biāo)，在理論上可以在0.00001秒(也就是大致10微秒)的數(shù)量級(jí)的時(shí)標(biāo)上發(fā)生斑點(diǎn)去除。因此本發(fā)明的超聲波牙刷可以在比現(xiàn)有的電動(dòng)牙刷去除斑點(diǎn)所需的時(shí)間短大致100至1000倍的時(shí)間顯著去除斑點(diǎn)。
實(shí)施例5示例性超聲波電動(dòng)牙刷沒有細(xì)胞溶菌作用本實(shí)施例披露了本發(fā)明的超聲波電動(dòng)牙刷，誘發(fā)超聲波空化，其機(jī)械效果不足以誘發(fā)細(xì)胞溶菌作用，但是能去除斑點(diǎn)。這些發(fā)現(xiàn)支持了此處提供的超聲波電動(dòng)牙刷的安全性。
Rooney，Science169869-871(1970)披露了利用紅細(xì)胞模型系統(tǒng)(圖8)來測(cè)試與穩(wěn)定振蕩氣泡有關(guān)的聲微流動(dòng)誘發(fā)的剪切力導(dǎo)致的細(xì)胞溶菌作用，說明在一管瓶稀釋的紅細(xì)胞中設(shè)置的單個(gè)氣泡可以被超聲波激發(fā)，以產(chǎn)生“微流動(dòng)”，從而利用足夠的聲能，可以破壞那些血細(xì)胞。特別是，在一管瓶懸浮的紅細(xì)胞中設(shè)置一個(gè)細(xì)的中空線，在線的中心有空氣。從線中擠出足夠的空氣，以在懸浮液中形成空氣的半球(微泡)。在大約25kHz的頻率處的超聲波施加在容器上，以激發(fā)氣泡的振蕩，并足以產(chǎn)生聲微流動(dòng)。在這些條件下，大約70％的紅細(xì)胞被可與通過單獨(dú)的部件所確定的剪切應(yīng)力相比的剪切應(yīng)力所破壞。通過引入高滲透性溶液可以實(shí)現(xiàn)百分之一百的溶血。當(dāng)然，此處感興趣的是要破壞細(xì)胞所必須的剪切應(yīng)力(大于450Pa)和在體外除去新生斑點(diǎn)所需的應(yīng)力(1-30Pa)之間的差。將在0.075和5.09Pa的剪切應(yīng)力處生長(zhǎng)的P.銅綠菌素生物膜分離所需的剪切力分別是5.09Pa和25.3Pa。參見Stoodley等人的Journal of Industrial Microbiology &Biotechnology 29361-367(2002)。
聲微流動(dòng)只是與聲頻空化(通過聲能形成和/或激發(fā)氣泡)相關(guān)的多個(gè)物理過程中的一個(gè)，它可以導(dǎo)致生物系統(tǒng)例如紅細(xì)胞的破壞，如此處所討論的那樣。當(dāng)然感興趣的是例如當(dāng)不存在氣泡的時(shí)候，在遠(yuǎn)低于導(dǎo)致所需的生物效應(yīng)所必須的聲強(qiáng)的聲強(qiáng)處，氣泡的存在便于使應(yīng)力足以去除斑點(diǎn)。在本實(shí)施例中，使用OptisonTM，一種微泡超聲波(US)對(duì)比劑，來說明這一點(diǎn)。本實(shí)施例也顯示，氣泡的超聲波激發(fā)而不是單獨(dú)的超聲波空化除去斑點(diǎn)。
關(guān)于本發(fā)明的超聲波牙刷的安全性的證明，采用以下的斑點(diǎn)去除試驗(yàn)系統(tǒng)。通過分析涂覆的(plated)牙齦細(xì)胞上的液體中的細(xì)胞殘骸而確定示例性牙刷對(duì)細(xì)胞的破壞，所述涂覆的牙齦細(xì)胞暴露在(1)啟動(dòng)的市購(gòu)電動(dòng)牙刷，其刷毛頂端位于細(xì)胞之上；(2)保持在細(xì)胞之上的原型牙刷的聲元件所導(dǎo)致的發(fā)泡流體射流；以及(3)保持在細(xì)胞之上的來自原型牙刷的發(fā)泡流體射流和超聲波(聲波加超聲波)的結(jié)合。這些結(jié)果與利用市購(gòu)的電動(dòng)牙刷獲得的結(jié)果進(jìn)行比較，所述市購(gòu)電動(dòng)牙刷的刷毛頂端直接設(shè)置在細(xì)胞上。
在處理之后，通過根據(jù)制造商說明書的非放射性乳酸脫氫酶(LDH)試驗(yàn)(Cytotox 96；Promega，Madison，WI)來評(píng)估上清液。這種試驗(yàn)系統(tǒng)是代替51Cr釋放細(xì)胞毒性試驗(yàn)的比色分析，并已經(jīng)用于通過化學(xué)和物理方式測(cè)量細(xì)胞溶菌作用。參見Singer等的J.Neurosci.192455-2463(1999)。試驗(yàn)定量測(cè)量LDH，一種穩(wěn)定的細(xì)胞溶質(zhì)酶，它在細(xì)胞溶菌時(shí)釋放出來，其方式幾乎與在放射性試驗(yàn)中釋放51Cr一樣。利用30分鐘耦合的酶試驗(yàn)測(cè)量培養(yǎng)物上清液中釋放的LDH，這樣使得四唑鹽(INT)轉(zhuǎn)換為紅甲產(chǎn)物。所形成的顏色量與溶菌的細(xì)胞數(shù)量成正比。
利用標(biāo)準(zhǔn)的96井板讀取器收集可視波長(zhǎng)吸收數(shù)據(jù)。在該領(lǐng)域中已知利用四唑鹽結(jié)合心肌黃酶或替換的電子接收體確定LDH的方法。已經(jīng)報(bào)道了對(duì)這種技術(shù)進(jìn)行改變來測(cè)量天然的細(xì)胞毒性，并已經(jīng)說明與并行的51Cr釋放試驗(yàn)所確定的值是一致的(在試驗(yàn)誤差之內(nèi))。
保留在板中的細(xì)胞在處理之后利用如上所述的LDH試驗(yàn)進(jìn)行攝影、溶解和定量。將由于超出了聲波牙刷的刷毛效果而誘發(fā)的細(xì)胞溶菌與本發(fā)明的原型結(jié)合的聲波/超聲波牙刷所誘發(fā)的細(xì)胞溶菌進(jìn)行比較。
示例性試驗(yàn)的結(jié)果如圖10所示，它說明在與通過聲波導(dǎo)傳播的超聲波結(jié)合的情況下，安裝在牙刷上的聲波導(dǎo)所產(chǎn)生的發(fā)泡流體射流的清潔作用安全的去除斑點(diǎn)?！皩?duì)照”結(jié)果是對(duì)市購(gòu)的電動(dòng)牙刷的刷毛到達(dá)范圍之外所產(chǎn)生的流體作用導(dǎo)致的細(xì)胞溶菌作用的測(cè)量；“聲的”結(jié)果是對(duì)沒有超聲波的示例性牙刷的這種細(xì)胞溶菌的測(cè)量；“聲的+超聲的”結(jié)果是對(duì)具有聲元件和超聲波的示例性牙刷的這種細(xì)胞溶菌的測(cè)量；“對(duì)照+接觸”結(jié)果是對(duì)市購(gòu)的電動(dòng)牙刷在其刷毛被設(shè)置成直接與細(xì)胞表面相接觸的情況下細(xì)胞溶菌的測(cè)量。當(dāng)刷毛沒有接觸細(xì)胞的時(shí)候，在市購(gòu)的牙刷和原型牙刷之間沒有檢測(cè)到差別。相反，市購(gòu)電動(dòng)牙刷的牙刷刷毛直接接觸細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生明顯的細(xì)胞溶菌。
盡管已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但是可以理解，可以作出各種改進(jìn)而不會(huì)脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種牙刷，包括牙刷頭，具有向外延伸的聲波導(dǎo)；以及把手，可操作地連接至牙刷頭，把手具有用于振動(dòng)牙刷頭的元件。
2.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其中所述元件是聲元件，它以大約20Hz至20kHz之間的頻率振動(dòng)牙刷頭。
3.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其中牙刷頭還包括多個(gè)向外延伸的刷毛。
4.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其中牙刷頭可移動(dòng)地連接至把手。
5.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)由聚合物形成。
6.如權(quán)利要求5所述的牙刷，其中聚合物選自室溫硫化的硅樹脂、液體注塑的硅樹脂、以及熱塑性彈性體。
7.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)由絕緣材料形成。
8.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)由硬度在大約5至大約200肖氏A硬度之間的材料形成。
9.如權(quán)利要求8所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)由硬度在大約20至大約80肖氏A硬度之間的材料形成。
10.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)包括多個(gè)層，至少兩個(gè)層具有不同的材料性能。
11.如權(quán)利要求10所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)包括石墨層和聚合物層，其中聚合物層圍繞石墨層模制。
12.如權(quán)利要求10所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)包括肖氏A硬度為至少80的第一層；與第一層相接觸的第二層，其中第二層的肖氏A硬度在大約20至80之間；以及與第二層相接觸的第三層，其中第三層的肖氏A硬度不大于20。
13.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)大體是楔形。
14.一種牙刷，包括牙刷頭，具有向外延伸的聲波導(dǎo)；超聲波換能器，可操作地連接至聲波導(dǎo)，使得超聲波換能器將頻率大于大約20kHz的聲波傳遞給聲波導(dǎo)；以及把手，可操作地連接至牙刷頭。
15.如權(quán)利要求14所述的牙刷，其中牙刷頭還包括多個(gè)向外延伸的刷毛。
16.如權(quán)利要求14所述的牙刷，其中牙刷頭可移動(dòng)地連接至把手。
17.如權(quán)利要求14所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)由聚合物形成。
18.如權(quán)利要求17所述的牙刷，其中聚合物選自室溫硫化的硅樹脂、液體注塑的硅樹脂、以及熱塑性彈性體。
19.如權(quán)利要求14所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)由絕緣材料形成。
20.如權(quán)利要求14所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)由硬度在大約5至大約200肖氏A硬度之間的材料形成。
21.如權(quán)利要求14所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)由硬度在大約20至大約80肖氏A硬度之間的材料形成。
22.如權(quán)利要求14所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)包括多個(gè)層，至少兩個(gè)層具有不同的材料性能。
23.如權(quán)利要求22所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)包括石墨層和聚合物層，其中聚合物層圍繞石墨層模制。
24.如權(quán)利要求22所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)包括肖氏A硬度為至少80的第一層；與第一層相接觸的第二層，其中第二層的肖氏A硬度在大約20至80之間；以及與第二層相接觸的第三層，其中第三層的肖氏A硬度不大于20。
25.如權(quán)利要求14所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)大體是楔形。
26.如權(quán)利要求14所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)被成型以相干聚集聲波。
27.如權(quán)利要求14所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)被成型以壓縮音波。
28.如權(quán)利要求14所述的牙刷，其中超聲波換能器選自壓電換能器、磁致伸縮換能器、微加工的容性超聲波換能器、以及靜電聚合物泡沫換能器。
29.如權(quán)利要求28所述的牙刷，其中超聲波換能器是壓電換能器，包括選自包括如下各項(xiàng)的組中的材料鋯鈦酸鉛、聚偏二氟乙烯、鈮酸鋰、石英、以及鈦酸鋇。
30.如權(quán)利要求14所述的牙刷，還包括與超聲波換能器可操作接觸的阻抗匹配層。
31.如權(quán)利要求14所述的牙刷，還包括振動(dòng)牙刷頭的元件。
32.如權(quán)利要求31所述的牙刷，其中所述元件是聲元件，它以大約20Hz至20kHz之間的頻率振動(dòng)牙刷頭。
33.如權(quán)利要求32所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)由聚合物形成。
34.如權(quán)利要求32所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)由絕緣材料形成。
35.如權(quán)利要求32所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)包括多個(gè)層，至少兩個(gè)層具有不同的材料性能。
36.如權(quán)利要求32所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)被成型以相干聚集聲波。
37.如權(quán)利要求32所述的牙刷，其中聲波導(dǎo)被成型以壓縮聲波。
38.如權(quán)利要求32所述的牙刷，其中超聲波換能器選自壓電換能器、磁致伸縮換能器、微加工的容性超聲波換能器、以及靜電聚合物泡沫換能器。
39.一種可移動(dòng)的牙刷頭，具有基部、從基部延伸的多個(gè)刷毛、以及從基部延伸的聲波導(dǎo)。
40.如權(quán)利要求39所述的可移動(dòng)的牙刷頭，其中聲波導(dǎo)由聚合物形成。
41.如權(quán)利要求39所述的可移動(dòng)的牙刷頭，其中聚合物選自室溫硫化的硅樹脂、液體注塑的硅樹脂、以及熱塑性彈性體。
42.如權(quán)利要求39所述的可移動(dòng)的牙刷頭，其中聲波導(dǎo)由絕緣材料形成。
43.如權(quán)利要求39所述的可移動(dòng)的牙刷頭，其中聲波導(dǎo)由硬度在大約5至大約200肖氏A硬度之間的材料形成。
44.如權(quán)利要求43所述的可移動(dòng)的牙刷頭，其中聲波導(dǎo)由硬度在大約20至大約80肖氏A硬度之間的材料形成。
45.如權(quán)利要求39所述的可移動(dòng)的牙刷頭，其中聲波導(dǎo)包括多個(gè)層，至少兩個(gè)層具有不同的材料性能。
46.如權(quán)利要求45所述的可移動(dòng)的牙刷頭，其中聲波導(dǎo)包括石墨層和聚合物層，其中聚合物層圍繞石墨層模制。
47.如權(quán)利要求45所述的可移動(dòng)的牙刷頭，其中聲波導(dǎo)包括肖氏A硬度為至少80的第一層；與第一層相接觸的第二層，其中第二層的肖氏A硬度在大約20至80之間；以及與第二層相接觸的第三層，其中第三層的肖氏A硬度不大于20。
48.如權(quán)利要求39所述的可移動(dòng)的牙刷頭，其中聲波導(dǎo)大體是楔形。
49.如權(quán)利要求39所述的可移動(dòng)的牙刷頭，其中還包括超聲波換能器。
50.如權(quán)利要求49所述的可移動(dòng)的牙刷頭，其中超聲波換能器選自壓電換能器、磁致伸縮換能器、微加工的容性超聲波換能器、以及靜電聚合物泡沫換能器。
51.如權(quán)利要求50所述的可移動(dòng)的牙刷頭，其中超聲波換能器是壓電換能器，包括選自包括如下各項(xiàng)的組中的材料鋯鈦酸鉛、聚偏二氟乙烯、鈮酸鋰、石英、以及鈦酸鋇。
全文摘要
一種電動(dòng)牙刷(10)，具有容納可更換電池(12)的把手(15)、超聲波驅(qū)動(dòng)電路(14)、聲元件(16)例如電機(jī)、以及控制單元(18)。把手連接至牙刷頭(20)，所述牙刷頭(20)優(yōu)選包括多個(gè)刷毛(26)以及可操作地連接至波導(dǎo)(24)的超聲波換能器(22)，波導(dǎo)(24)從牙刷頭大體在刷毛附近延伸。波導(dǎo)便于向牙齒流體內(nèi)傳送聲能?？梢栽谑謩?dòng)或者電動(dòng)牙刷內(nèi)采用波導(dǎo)，并可以不結(jié)合聲元件，或者不結(jié)合超聲波換能器。此處披露的牙刷能改進(jìn)從牙齒以及牙鄰間和牙齦下區(qū)域?qū)Π唿c(diǎn)和污物的去除，同時(shí)增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)、按摩牙齦和刺激牙齒組織。
文檔編號(hào)A61C17/22GK1874703SQ200480031629
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2004年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者皮埃爾·D·姆拉德, 弗郎西斯·L·奧爾森, 羅格·李·托姆森, 賈森·L·西沃爾 申請(qǐng)人:華盛頓大學(xué)