超聲波電動(dòng)牙刷及其工作方式的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波電動(dòng)牙刷及其工作方式，具體是一種利用超聲振動(dòng)耦合的電動(dòng)牙刷。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的電動(dòng)牙刷是利用電動(dòng)機(jī)使偏心錘進(jìn)行旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生振動(dòng)，并通過(guò)牙刷柄將該振動(dòng)傳遞給牙刷毛，從而相對(duì)于手動(dòng)刷牙提高了牙垢去除性能。但是傳統(tǒng)的電動(dòng)牙刷結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，不能以超聲波頻率振動(dòng)，難以清除頑固牙垢和牙結(jié)石，清潔效果太低。雖然專利《一種超聲波牙刷》(201210264953.X)提出利用壓電陶瓷產(chǎn)生超聲振動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)潔牙作用，但是僅僅只是利用壓電陶瓷激勵(lì)的單一超聲振動(dòng)模態(tài)，并未充分的利用超聲振動(dòng)模態(tài)耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)超聲電動(dòng)牙刷的功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在研發(fā)一種超聲波電動(dòng)牙刷及其工作方式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、使用舒適、高效潔牙、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明擬采用以下技術(shù)方案:
一種超聲波電動(dòng)牙刷，由左向右依次包括牙刷柄、底座，其中牙刷柄左端上方安裝有牙刷毛，其特征在于:
該超聲波電動(dòng)牙刷還包括超聲波驅(qū)動(dòng)組件、驅(qū)動(dòng)電源；
上述牙刷柄和底座，兩部件中的一個(gè)部件具有螺栓結(jié)構(gòu)，另一部件具有與之對(duì)應(yīng)的螺孔結(jié)構(gòu)；上述聲波驅(qū)動(dòng)組件具有螺紋通孔，聲波驅(qū)動(dòng)組件安裝于上述螺栓結(jié)構(gòu)上；牙刷柄和底座通過(guò)上述螺栓結(jié)構(gòu)和螺孔結(jié)構(gòu)連接，并將上述超聲波驅(qū)動(dòng)組件夾緊；
上述超聲波驅(qū)動(dòng)組件從左向右依次包括第一壓電陶瓷片、第一電極片、第二壓電陶瓷片、第二電極片、第三壓電陶瓷片、第三電極片、第四壓電陶瓷片；
設(shè)牙刷柄指向底座方向?yàn)閄軸正方向；
上述第一壓電陶瓷片平均分成上下兩個(gè)極化區(qū)，均沿著厚度方向進(jìn)行極化，其中上極化區(qū)極化方向?yàn)閺腦軸負(fù)向指向X軸正向，下極化區(qū)極化方向?yàn)閺腦軸正向指向X軸負(fù)向；上述第二壓電陶瓷片平均分成上下兩個(gè)極化區(qū)，均沿著厚度方向進(jìn)行極化，其中上極化區(qū)極化方向?yàn)閺腦軸正向指向X軸負(fù)向，下極化區(qū)極化方向?yàn)閺腦軸負(fù)向指向X軸正向；上述第三壓電陶瓷片僅有一個(gè)極化區(qū)，沿著厚度方向進(jìn)行極化，極化方向?yàn)閺腦軸負(fù)向指向X軸正向；
上述第四壓電陶瓷片僅有一個(gè)極化區(qū)，沿著厚度方向進(jìn)行極化，極化方向?yàn)閺腦軸正向指向X軸負(fù)向；
上述牙刷柄、第二電極片、底座均接地；
上述第一電極片與第三電極片通過(guò)所述電源輸入兩相具有時(shí)間相位差為90°的電信號(hào)。
[0005]上述第一壓電陶瓷片和第二壓電陶瓷片在牙刷柄激勵(lì)出η階彎振模態(tài)；
上述第三壓電陶瓷片和第四壓電陶瓷片在牙刷柄激勵(lì)出m階縱振模態(tài)；
兩個(gè)模態(tài)的耦合振動(dòng)傳遞至牙刷毛上，牙刷毛上的表面質(zhì)點(diǎn)將做微幅橢圓運(yùn)動(dòng)，與牙齒接觸后，當(dāng)外界施加一定預(yù)壓力，牙刷毛與牙齒的接觸界面將會(huì)產(chǎn)生摩擦力清除牙齒污垢。
[0006]上述驅(qū)動(dòng)電源安裝于所述底座的右端，用于提供上述具有90°相位差的兩相電信號(hào)。
[0007]上述驅(qū)上述牙刷柄為左小右大的圓柱形變截面桿結(jié)構(gòu)，用于放大在牙刷柄上形成的耦合振動(dòng)傳遞至牙刷毛處的振幅。
[0008]所述第一壓電陶瓷片、第一電極片、第二壓電陶瓷片、第二電極片、第三壓電陶瓷片、第三電極片、第四壓電陶瓷片均為環(huán)形結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的牙刷柄為圓形截面。當(dāng)牙刷柄為矩形截面時(shí)上述部件也做相應(yīng)改變。
[0009]本發(fā)明提出的一種超聲波電動(dòng)牙刷利用兩組不同激勵(lì)方式的壓電陶瓷片，在牙刷柄上同時(shí)激勵(lì)出縱振模態(tài)和彎振模態(tài)，并且兩種振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行耦合通過(guò)變截面幅桿傳遞至牙刷毛上，牙刷毛將做橢圓運(yùn)動(dòng)。當(dāng)外界施加一定的預(yù)壓力，牙刷毛與牙齒接觸界面將產(chǎn)生摩擦力，利用摩擦作用清除牙齒表面的污垢，實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)潔牙作用。本發(fā)明的超聲波電動(dòng)牙刷不僅舍棄了傳統(tǒng)電動(dòng)牙刷存在的電動(dòng)機(jī)與偏心錘等復(fù)雜的振動(dòng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)彌補(bǔ)了專利《一種超聲波牙刷》中所提及的利用壓電陶瓷產(chǎn)生單一超聲振動(dòng)的不足。
[0010]利用壓電陶瓷元件在超聲頻段內(nèi)振動(dòng)形成的超聲能量在牙周的空化效應(yīng)，通過(guò)振動(dòng)口腔內(nèi)的水、牙膏等液體產(chǎn)生大量微小氣泡，在牙齒周圍氣泡瞬間爆裂產(chǎn)生高壓沖擊清潔，可去除手動(dòng)刷牙根本無(wú)法去除的牙垢牙菌斑等，并且清潔效果可以全方位深入到手動(dòng)刷牙根本無(wú)法刷到的牙縫甚至牙齦內(nèi)。本發(fā)明利用在壓電陶瓷片的激勵(lì)下牙柄結(jié)構(gòu)的振動(dòng)模態(tài)耦合，使得牙刷毛做高頻微幅橢圓運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)超聲潔牙功能，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好，制造容易，使用舒適方便等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是超聲波電動(dòng)牙刷的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是牙刷柄的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是底座的結(jié)構(gòu)不意圖；
圖4是壓電陶瓷片3的分區(qū)極化的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是壓電陶瓷片4的分區(qū)極化的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是壓電陶瓷片5極化的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是壓電陶瓷片6極化的結(jié)構(gòu)示意圖圖8是壓電陶瓷元件的布局圖；
圖9是對(duì)陶瓷元件施加電壓激勵(lì)的示意圖；
圖10是牙刷柄沿著X軸在XOY平面上的振動(dòng)模態(tài)示意圖；
圖11是牙刷柄沿著X軸在XOZ平面上的振動(dòng)模態(tài)示意圖；
圖12是牙刷毛做微幅捕圓運(yùn)動(dòng)的不意圖；
其中1-牙刷毛，2-牙刷柄，3-第一壓電陶瓷，4-第二壓電陶瓷，5-第三壓電陶瓷，6-第四壓電陶瓷，7-第一電極片，8-第二電極片，9-第三電極片，10-底座，11-驅(qū)動(dòng)電源，12-縱向振動(dòng)模態(tài)，13-沿XOY平面的彎曲振動(dòng)模態(tài)，14-沿XOZ平面的彎曲振動(dòng)模態(tài)。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
一種超聲波電動(dòng)牙刷及其工作方式，包括牙刷毛、牙刷柄、兩組壓電陶瓷元件、電極片、底座以及驅(qū)動(dòng)電源，如圖1所示。牙刷柄的一端表面設(shè)置有若干牙刷毛。兩組壓電陶瓷元件設(shè)置在底座和牙刷柄中間，并通過(guò)底座上的螺栓固定。電極片設(shè)置在兩組壓電陶瓷中間。驅(qū)動(dòng)電源設(shè)置在底座上。牙刷柄包括三部分，分別是與壓電陶瓷片連接的圓柱部分，對(duì)振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行放大的圓柱形變截面幅桿部分以及連接牙刷毛的部分。其中與壓電陶瓷片連接的圓柱部分設(shè)置有一個(gè)內(nèi)螺紋孔，用于固定陶瓷片，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。將壓電陶瓷元件固定在牙刷柄與底座之間，使牙刷柄和底座形成一個(gè)蘭杰文振子，其中底座與壓電陶瓷連接的一端加工形成螺栓，用與牙刷柄上的螺紋孔配合。底座的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。驅(qū)動(dòng)電