專利名稱：在口腔清潔中使用的生成氣體輔助微滴噴霧的噴霧頭裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 一 般地涉及微滴噴霧口腔清潔系統(tǒng)，并且更具體地涉及 針對此類口腔清潔系統(tǒng)來產(chǎn)生微滴噴霧的特別的噴霧頭設(shè)備。
背景技術(shù)：
在口腔清潔裝置中，已知各種用于產(chǎn)生微滴噴霧的系統(tǒng)。國際
公開No.W0200507324題目為"Droplet Jet System for Cleaning Teeth" 示出了一種設(shè)備。通過引用的方式將該公開并入本文，在該公開中， 產(chǎn)生微滴噴霧以及通過氣體(空氣)作用加速微滴。當(dāng)微滴的速度 大于25-30米每秒時，作為結(jié)果的微滴噴霧產(chǎn)生有效的牙齒清潔。用 于微滴噴霧產(chǎn)生的氣體輔助方法比其他微滴噴霧系統(tǒng)具有優(yōu)勢，其 他微滴噴霧系統(tǒng)包括那些其中強制高壓液體通過旋渦噴嘴以產(chǎn)生相 對高速樣￡滴的系統(tǒng)。
根據(jù)氣體輔助的設(shè)備， 一個重要的考慮是噴霧頭部件的配置和 大小在使用中適合口腔內(nèi)部；噴霧頭應(yīng)當(dāng)充裕地方文置在其中，此外 在操作中使用相對少量的液體和空氣。這些考慮對用戶的便利和舒 適很重要。與此同時，該裝置必須提供有效的牙齒清潔。
因此，希望具有用于產(chǎn)生液體微滴噴霧的噴霧頭設(shè)備，其中大 部分微滴具有超過3 0米每秒的速度，但其配置為恰當(dāng)?shù)剡m合于口腔 內(nèi)部，為用戶提供舒適以及安全有效的清潔體驗。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明是為了用于口腔清潔設(shè)備的微滴噴霧產(chǎn)生裝置， 包括具有其中帶有至少一個貫穿其中的開孔的孔板的噴霧頭外殼； 用于將液體輸送到噴霧頭外殼的液體管系統(tǒng)，其中通過該開孔的液
4體流量相對于孔的大小足夠大，以至于通過該孔并且/人該孔中流出
的液體成為液體流；以及用于通過噴霧頭外殼中至少一個氣體開口
輸送氣體到噴霧頭外殼的氣體系統(tǒng)，其中噴霧頭的內(nèi)部相對于通過 該氣體開口的氣流配置，從而該氣流以足以將液體流石皮石年為微滴噴 霧的速度和流量撞擊來自于開孔的液體流，該微滴噴霧具有足夠的
大小和足夠的速度(大于25米每秒)以產(chǎn)生牙齒的清潔。


圖1是一般地示出了液體微滴口腔清潔裝置的透視圖。 圖2是示出了圖1的裝置中的噴霧頭部分的剖面圖。 圖3A和圖3B是示出了噴霧頭部分的特定實施方式的圖示。 圖4示出了噴霧頭部分的另一實施方式。
具體實施例方式
圖1示出了典型的流體微滴口腔清潔裝置， 一般為IO所示。所 示裝置包括手柄部分12和可移除的頭部分14。該手柄部分包括用于 液體的容器16以及通向大氣的進氣口 18,雖然也可以4吏用內(nèi)部氣體 源，包括壓縮氣體。泵20和22分別與液體容器16和氣體源關(guān)聯(lián)。 該裝置具有內(nèi)部電源24,例如電池，并且其操作通過電子控制系統(tǒng) 26控制。
包括打開/關(guān)閉開關(guān)的用戶接口 30為用戶提供控制該裝置操作 的能力。該手柄和頭分別包括接口部分32和34,其允i午方便地取下 和更換頭，雖然可移除的頭部不是必須的。頭內(nèi)部的液體和氣體管 道36和38連接到噴霧發(fā)生器，也稱作噴霧頭， 一般地示出為42， 其包括出口噴嘴46。此處公開的噴霧發(fā)生器產(chǎn)生微滴噴霧，該噴霧 令用戶舒適并在清潔牙齒時有效，并且這樣的大小和配置方便地適 合于用戶的口腔內(nèi)部。
在通常的操作中，在噴霧頭42中引導(dǎo)裝置頭部中的氣流以接觸 液體流，氣流對液體流影響的結(jié)果在于，液體流一皮破碎為液體微滴，以及 一 些流形式的剩余空氣和液體。該混合物以足夠的速度離開噴
嘴46，速度通常大于25-30米每秒，并且最高達70米每秒，從而有 效地清潔用戶的牙齒。噴霧頭的大小很重要，但是保持對液體和氣 體流量的有效控制也很重要。液體和氣體流量對最終的噴霧的清潔 能力來說很重要，同樣，對用戶舒適的清潔體驗也很重要。
在實現(xiàn)上述希望的結(jié)果時，多個參數(shù)被認(rèn)為是重要的。這些參 數(shù)包括在噴霧頭中用于液體流的孔的大小(直徑)d，當(dāng)氣流被導(dǎo)向 液體流時用于氣流的開口的大小(直徑)dg,以及加速導(dǎo)管的大小 (直徑)dd,其形成噴霧頭的噴嘴出口。將在下文詳細(xì)討論的其他 重要的考慮包括最小氣體流量；最小液體流量；最小氣體流量相對 于出口管直徑的關(guān)系；相對于液體和空氣壓力的液體流量和用于液 體流的孔的直徑之間的關(guān)系；以及相對于氣壓的氣體流量之間的關(guān) 系。
圖2示出了噴霧發(fā)生器(噴霧頭)42的圖示。它包括噴霧頭外 殼60和其中具有至少一個開口 64的內(nèi)部孔板62,液體流65被引導(dǎo) 通過該開口 。孔板62可以利用諸如用于制造開孔64的激光切割或 模壓技術(shù)由標(biāo)準(zhǔn)的材料制成，標(biāo)準(zhǔn)材料例如不銹鋼。通常具有保護 性涂層的諸如4臬的其他材料可以用于孔板62。該才反也可以由塑料制 成。更進一步，該板還可利用來自于IC行業(yè)因此可用于切割開孔的 技術(shù)由其他材料制成，例如硅或玻璃。這些材料耐受很多液體，包 括漱口水。該板的厚度優(yōu)選地在25-500微米之間，并且更優(yōu)選地在 100-200微米之間。
所示實施方式中的孔板62的下游，是外殼中至少兩個相對(大 約分開180° )的開口68，其用于氣流的進入。在開口68的下游， 外殼在67處向內(nèi)彎折至加速導(dǎo)管部分66,由氣體對液體流的作用產(chǎn) 生的液體微滴從該處排出、氣體噴射開口 68通常彼此相對并且配置 為以90°角度(垂直于液體流)從開口撞擊液體流。至少需要兩個 相對的氣體噴射68;然而，可使用附加的氣體噴射的對。 一種設(shè)備 包括總數(shù)為4的氣體噴射，每個相對于彼此呈90。。加速導(dǎo)管66通常由可注塑成型塑料制成，優(yōu)選地具有高接觸角， 從而最小化液體對加速導(dǎo)管壁的黏著力。諸如Teflon⑧或涂敷有氟化 物成分的材料通常是優(yōu)選的。
最小氣體速度對產(chǎn)生有效的流體微滴噴霧是必須的。當(dāng)氣流低 于最小速度時，穿過開口 64的液體流基本上不受氣體沖擊的影響， 并且液體呈直液體流離開加速導(dǎo)管66。在噴霧頭內(nèi)部，當(dāng)氣流以最 小或較大的速度垂直地撞擊流體流時，對液體流施加了足夠的壓力 從而導(dǎo)致液體流破碎為合適大小的微滴，并移出加速導(dǎo)管66。最小 氣體(空氣)速度由以下公式提供
其中cj為液體表面張力，pg為氣體密度，d為通過孔板中開口 的液體流的直徑，并且Ug為氣流/噴射的平均速度。氣體速度、進 氣口數(shù)量以及氣體流量之間的關(guān)系由以下公式提供
此處n為空氣入口的數(shù)量，dg為進氣口的直徑，并且Qg為氣體 流量。這導(dǎo)致最小空氣流量
上述內(nèi)容說明了產(chǎn)生理想的微滴效果所需的氣體流量在用于液 體流的噴嘴板中的孔的直徑減小時增大。如一個示例，針對100fim 的孔、4個進氣口以及每分鐘10 ml的水流，最小氣體流量理論上(根 據(jù)上述公式)為2.3升每分鐘。實驗結(jié)果非常接近理論值。
上述信息導(dǎo)致如下確定噴霧頭應(yīng)該具有最多六個(3對)相對 的氣流的最大值，優(yōu)選地具有兩個或四個。太多的氣流要求過高的 氣體流量。
最小液體流量對于產(chǎn)生來自于孔的合適的液體流也是必須的， 從而可以產(chǎn)生出液體微滴。假如流量不夠高，不存在相應(yīng)的水流， 而是只存在來自于孔的一連串滴。當(dāng)通過孔產(chǎn)生液體流時，液體內(nèi)部的壓力大于外部的壓力，如公式所示<formula>formula see original document page 8</formula>因此，基本要求是液體流的壓力必須基本上大于液體表面張力 產(chǎn)生的壓力。所需壓力由流量產(chǎn)生
其中通常a的值約為2。液體流量、液體孔的直徑以及平均液體 速度Ql之間的關(guān)系為
然后，d (孔直徑)的最大值可以確定為流量Ql的函數(shù)，函數(shù)
當(dāng)p為1000千克每米，o-0.07N/m和a=2時，最大孔直徑確定 為0.5。否則，最小液體流量太大以至于在用戶的口腔中不能實踐或
不舒適。
在微滴發(fā)生設(shè)備(噴霧頭)中的微滴加速歸因于加速導(dǎo)管66內(nèi) 外兩者的氣流速度。由于希望為了安全和舒適最小化氣體流量，因 此希望減小加速導(dǎo)管的直徑dd。優(yōu)選地，該直徑小于l毫米，更優(yōu) 選地小于0.6毫米，以及最優(yōu)選地小于0.4毫米。^吏用0.6mm的管 直徑導(dǎo)致為了在加速導(dǎo)管壁與液體流之間充分隔開從而最多為0.35 mm的開孔。當(dāng)管直徑為0.4mm時，氣流可以進一步的減小而不影 響噴霧頭的性能。其導(dǎo)致最大孔直徑通常為150-250微米。
液體流量、液體壓力以及孔直徑之間的關(guān)系也;f艮重要。在此關(guān)
系中，由于液體流進入以及穿過噴霧頭(包括孔)導(dǎo)致的摩擦力很 重要。根據(jù)給定的特定的孔直徑d，液體流的流量Ql作為氣體和液 體的壓力的函lt可以如下確定<formula>formula see original document page 8</formula>
如下0.82前的項是無摩擦力流的結(jié)果，即可能的最大流量。值0.82 稱作摩擦系數(shù)。如一個示例，對于100微米的直徑，并且9.29Bar 的液體壓力和2.25 Bar的氣體壓力，理論上最大流量為13.5毫升每 分鐘。這與實際的實驗結(jié)果相當(dāng)接近。因此，8Bar的最大噴霧頭壓 力，IOO微米直徑的單孔產(chǎn)生約為13毫升每分鐘的液體流。為產(chǎn)生 更高的液體流，需要多個開孔，雖然通常利用多個孔產(chǎn)生良好的噴 霧更加困難；并且因此，使用多個孔的系統(tǒng)因此不如使用單液體孔 理想。
噴霧頭性能的另 一個重要關(guān)系是作為氣體和液體壓力、氣體開 口的直徑以及加速導(dǎo)管的大小的函數(shù)的氣流。氣流作為氣體壓力的 函數(shù)由下式提供
其中h,為當(dāng)液體穿過噴霧頭時的摩擦項，并且Pa為大氣壓。 相應(yīng)地，氣流的等式類似于液體流的等式，為
其中0.40為摩擦常數(shù)。如一個示例，當(dāng)氣體壓力為2.54 Bar時， 理論上氣體流量為3.2升每分鐘。這再一次順利地與實際的實驗結(jié)果相符。
圖3A和圖3B示出了一種噴霧頭設(shè)備，其中氣體通道具有最少 的銳角轉(zhuǎn)角數(shù)量。該噴霧頭70包括液體流管道72以及帶有微滴噴 霧出口 76的加速導(dǎo)管74。氣流管道78垂直地進入液體流管道72, 并連接到中央環(huán)開口 82。氣流穿過環(huán)壁86中的獨立通道84來沖擊
液體流。
圖4示出了一種變形，其中氣體通過單一的氣流管道92進入噴 霧頭90,隨后進入直接開口到液體流上的圓環(huán)94,環(huán)繞其整個圓周。 然而，環(huán)94的高度必須非常小，以提供充足的氣流來充分地將液體 流破碎為希望的微滴噴霧。
雖然已經(jīng)在整體手持單元的上下文中描述了裝置，但是應(yīng)該理解其可以在系鏈(tethered)系統(tǒng)的手持部分中使用，在該系統(tǒng)中， 液體和氣體的源在遠(yuǎn)程單元中。
因而，已經(jīng)公開了用于產(chǎn)生氣體輔助噴霧微滴系統(tǒng)的噴霧頭設(shè) 備，該系統(tǒng)足夠緊湊以充裕地適合于用戶的口腔內(nèi)部，而同時，到 噴霧頭的氣體和液體流量和速度處于舒適和安全的范圍內(nèi)，但是對 于口腔清潔仍舊有效。
盡管已經(jīng)出于闡釋的目的公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是 應(yīng)該理解，在不脫離由后面的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神的情 況下，可以將各種改變、修改和替代并入實施方式。
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權(quán)利要求
1. 一種用于在口腔清潔設(shè)備中使用的微滴噴霧生成裝置，包括其中具有孔板(62)的噴霧頭外殼(60)，所述孔板(62)具有貫穿其中的至少一個開孔(64)；液體管道系統(tǒng)(36)，用于將液體輸送到所述噴霧頭外殼，其中通過所述開孔的液體流量相對于所述孔的大小足夠大，以至于所述液體移動通過所述孔并且作為液體流從其流出；以及氣體管道系統(tǒng)(38)，用于將氣體通過所述噴霧頭外殼中的至少一個氣體開口(68，78，92)輸送到所述噴霧頭外殼，其中所述噴霧頭的內(nèi)部相對于通過所述氣體開口的氣流構(gòu)造和配置，使得所述氣流以足以將所述液體流破碎為具有足夠大小和大于每秒25米的足夠速度的微滴噴霧的速度和流量撞擊來自于所述開孔的所述液體流，以進行牙齒清潔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微滴噴霧裝置，在所述噴霧頭外殼中 包括至少兩個開口 ( 68, 68 ),所述兩個開口被定向，使得來自于 其中的所述氣流大約分開180°地沖擊來自于所述開孔的所述液體流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微滴噴霧裝置，其中所述氣流約垂直 地撞擊所述液體流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微滴噴霧裝置，其中由所述液體流產(chǎn) 生的壓力基本上大于克服液體表面張力所需的壓力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微滴噴霧裝置，其中所述開孔具有不 大于0.5 mm的直徑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微滴噴霧裝置，其中所述孔板由包括 硅的材料制成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微滴噴霧裝置，其中所述孔板包括多 個開孔。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微滴噴霧裝置，其中所述外殼包括微 滴加速部分(66),所述纟敬滴加速部分(66)在其中具有至少一個氣體開口的外殼部分的下游，所述加速部分包括具有小于具有所述 氣體開口的所述外殼部分的部分的直徑的出口導(dǎo)管。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微滴噴霧裝置，其中所述出口導(dǎo)管具有小于1 mm的直徑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的微滴噴霧裝置，其中所述加速導(dǎo)管的 直徑大約為0.4 mm并且所述開孔的直徑在150-200 的范圍中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微滴噴霧裝置，其中所述系統(tǒng)包括在 所述外殼內(nèi)環(huán)繞來自于所述開孔的液體流的中央環(huán)部件(82， 86), 其中所述中央環(huán)包括多個貫穿其中的隔開的開口 (84)，每對開口 分開約180°并且垂直于所述液體流管道，其中所述氣流指向所述中 央環(huán)，并且其中所述中央環(huán)中的所述開口通向來自于所述孔的所述 液體流。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微滴噴霧裝置，其中所述系統(tǒng)包括中 央環(huán)部件(94),其環(huán)繞來自于所述開孔的所述液體流，其中所述 中央環(huán)部件包括環(huán)繞其的連續(xù)開口 ，所述開口通向所述液體流并且 其中所述中央環(huán)部件接收傳送到所述外殼的所述氣流。
全文摘要
噴霧頭設(shè)備包括具有孔板(62)的外殼(60)，其中至少有一個開孔(64)貫穿該孔板。液體管道(36)將液體輸送至該噴霧頭，其中該液體管道通過開孔，其中通過該孔的液體流量和液體壓力相對于該孔的大小足夠大，以至于液體流過該孔形成持續(xù)的流。氣體被輸送到該外殼，并且通過外殼中的至少兩個開口(68)將氣流輸送到該噴霧頭的內(nèi)部。氣流(流動)垂直地阻截液體流，氣流相互成大約180°。該氣流的速度足以將來自于孔的液體流破碎為理想大小和速度的微滴噴霧，并且使微滴加速離開外殼的加速導(dǎo)管(66)出口部分。
文檔編號B05B7/04GK101479048SQ200780024318
公開日2009年7月8日 申請日期2007年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者A·庫拉斯, J·朱伊德爾瓦阿特, M·斯特佩爾布羅克, P·C·杜因維爾德 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司