專利名稱：發(fā)出高強(qiáng)度光的發(fā)光電動(dòng)牙刷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用發(fā)光二極管，尤其是照亮刷洗區(qū)域的發(fā)光二極管的發(fā)光電動(dòng)牙刷。更具體地講，本發(fā)明涉及特定發(fā)光強(qiáng)度或光通量密度光的傳遞，該特定發(fā)光強(qiáng)度或光通量密度超過由通常使用的發(fā)光二極管所提供的發(fā)光強(qiáng)度或光通量密度。
背景技術(shù)：
發(fā)光牙刷傳統(tǒng)上一直是手動(dòng)牙刷，在牙刷柄部上或柄部內(nèi)設(shè)置有光，并通過光纖將光從牙刷的柄部傳遞到牙刷頭部。然而，當(dāng)光被傳遞時(shí)，由光纖所傳遞的光的發(fā)光強(qiáng)度和/或光通量密度經(jīng)常發(fā)生衰減。因此，需要一種設(shè)置在牙刷頭部內(nèi)或頭部上的光，使得該光的傳遞不需要光纖材料。另外，也需要有一種電動(dòng)發(fā)光牙刷。
為了使光設(shè)置在牙刷頭部上，特別是電動(dòng)牙刷的頭部上，應(yīng)使尺寸最小化，以允許刷毛有足夠的空間以及電動(dòng)牙刷的機(jī)械結(jié)構(gòu)有足夠的空間。標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光二極管的尺寸可能是適當(dāng)?shù)模沁@樣的器件可能不能傳遞具有足夠發(fā)光強(qiáng)度和/或光通量密度以提供口腔護(hù)理有益效果的光。高功率非標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光二極管可能能夠傳遞需要的發(fā)光強(qiáng)度和/或光通量密度。然而，高功率二極管使用高電流水平，因此發(fā)熱水平高。在口腔內(nèi)產(chǎn)生高水平的熱量可能使牙齒內(nèi)部組織腔過熱，這可能導(dǎo)致牙髓炎或?qū)谇唤M織的其它傷害。因此，需要一種發(fā)光電動(dòng)牙刷，其包括發(fā)出具有至少約7燭光的發(fā)光強(qiáng)度和/或至少約30mW/cm2的光通量密度的光的發(fā)光二極管，這樣的二極管可在口腔中安全使用而不傷害牙齒和/或其它口腔表面。
發(fā)明概述一種包括柄部、頭部和在柄部與頭部之間延伸的頸桿的發(fā)光電動(dòng)牙刷。柄部具有中空內(nèi)部區(qū)域，有馬達(dá)設(shè)置在其中。頭部包括刷毛和至少一個(gè)發(fā)光二極管。發(fā)光二極管由電流驅(qū)動(dòng)，并且當(dāng)檢測器的距離為約0.68cm且檢測器孔的面積為約0.46cm2時(shí)在典型牙齒表面具有大于約30mW/cm2的光通量密度。而且，在發(fā)射距離為約0.68cm且發(fā)射時(shí)間為約2分鐘時(shí)，發(fā)光二極管的發(fā)射溫度小于約43℃。發(fā)光電動(dòng)牙刷具有一個(gè)或多個(gè)包括設(shè)置在頭部的刷毛的活動(dòng)刷毛載體；而且馬達(dá)通過傳動(dòng)軸可操作地連接到活動(dòng)刷毛載體。
在一個(gè)實(shí)施方案中，在典型牙齒表面所需要的光通量密度通過給發(fā)光二極管通入大于約35毫安的連續(xù)正向電流來實(shí)現(xiàn)。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，在典型牙齒表面所需要的光通量密度通過在發(fā)光電動(dòng)牙刷的頭部設(shè)置一個(gè)包括至少兩個(gè)小方塊、一個(gè)透鏡、一個(gè)正極和一個(gè)負(fù)極的發(fā)光二極管來實(shí)現(xiàn)。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，在典型牙齒表面所需要的光通量密度通過給發(fā)光二極管通入脈沖或非連續(xù)正向電流來實(shí)現(xiàn)。
附圖概述本發(fā)明在某些部件和各部件的布置上可以采用其自然形式，其實(shí)施方案將在本說明書中詳述，并且在構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖中圖示說明，并且其中

圖1為發(fā)光二極管的剖面圖。
圖2至2c為具有多個(gè)發(fā)光體且單個(gè)光輸出的發(fā)光二極管的剖面圖。
圖3為本發(fā)明發(fā)光電動(dòng)牙刷的透視圖。
圖4為圖3所示電動(dòng)牙刷的頂部平面視圖。
圖5為圖3所示電動(dòng)牙刷的橫截面?zhèn)日晥D。
圖6為電動(dòng)牙刷頭部的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖6a為電動(dòng)牙刷頭部的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖7為本發(fā)明另一實(shí)施方案頭部和頸桿的部分前正視圖。
圖8為本發(fā)明再一實(shí)施方案頭部和頸桿的部分前正視圖。
圖9為本發(fā)明再一實(shí)施方案頭部和頸桿的部分前正視圖。
圖10為本發(fā)明再一實(shí)施方案頭部和頸桿的部分前正視圖。
圖11為本發(fā)明再一實(shí)施方案頭部和頸桿的部分前正視圖。
圖12為本發(fā)明再一實(shí)施方案頭部和頸桿的部分前正視圖。
圖13為本發(fā)明發(fā)光電動(dòng)牙刷另一個(gè)實(shí)施方案的透視圖，其中的牙刷包括可與柄部分開的頭部和頸桿。
圖14和15為圖示說明將可更換的頭部和頸桿安裝到圖11所示發(fā)光電動(dòng)牙刷柄部或主體部分的部分側(cè)正視圖。
圖16為適用于本發(fā)明的電路配置示意圖。
圖17為適用于本發(fā)明的發(fā)光二極管各種顏色光譜的分布曲線。
圖18為適用于本發(fā)明發(fā)白光的發(fā)光二極管光譜分布曲線。
圖19為圖示說明適用于本發(fā)明的光輻射模式的曲線。
圖20為圖示說明發(fā)光二極管與被暴露在光線中的表面之間的空隙的幾何形狀的示意圖。
圖21為圖示說明在特定的立體角內(nèi)測量平均光強(qiáng)的試驗(yàn)方法的示意圖。
圖22為圖示說明測量發(fā)光電動(dòng)牙刷對(duì)牙齒表面溫度的影響的試驗(yàn)方法的示意圖。
實(shí)施方案詳述本文引用的所有印刷出版物、專利和專利申請(qǐng)均引入本文以供參考。通常，本發(fā)明涉及具有一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在電動(dòng)牙刷頭部上或頭部內(nèi)的發(fā)光二極管(“LED”)的電動(dòng)牙刷。更具體地講，該電動(dòng)牙刷用于個(gè)人衛(wèi)生，以機(jī)動(dòng)化的運(yùn)動(dòng)清洗個(gè)人的牙齒和牙齦，而LED照亮刷洗的區(qū)域，包括牙齒和/或牙齦。另外，LED可提供口腔護(hù)理的有益效果，例如使牙齒變白。
本文所用術(shù)語“光”旨在包括可見和不可見(例如，紫外和紅外)光的光譜。有兩個(gè)光的測量系統(tǒng)輻射線測定和光度測定，其中輻射線測定是在3×1011Hz和3×1016Hz之間頻率范圍內(nèi)的電磁輻射的測量，而光度測定是可由人眼探測的電磁輻射的測量。如本領(lǐng)域所知，輻射線測定的單位包括能量(牛頓米或焦耳)、功率或輻射通量，即能量相對(duì)于時(shí)間的流動(dòng)(焦耳/秒或瓦)、照度或光通量密度，即每單位面積上的功率(W/m2)、輻射強(qiáng)度，即每單位立體角的功率(瓦/球面度)和輻射率，即每單位立體角每單位投影面積上的功率(W/m2-球面度)。等價(jià)的光度學(xué)單位包括功率或光通量(流明)和發(fā)光強(qiáng)度(流明/球面度或燭光)。光的另一將要討論的特性是視角或半角。本文所述半角是峰值與在光束軸一側(cè)發(fā)光強(qiáng)度是最大值的百分之五十的點(diǎn)之間夾角(單位為度)的兩倍或者光束角的一半。本文后面將要討論的另一個(gè)特性涉及LED在牙齒表面產(chǎn)生的熱量或發(fā)射溫度(攝氏度)。另外，由設(shè)置在發(fā)光電動(dòng)牙刷頭部的LED消耗的總電功率(功率消耗)將作為一種特性。雖然輻射線測定單位為優(yōu)選，但是本文中為簡單起見，單位可用輻射線測定單位或光度學(xué)單位中任意一個(gè)進(jìn)行討論。亮度可為以燭光(或流明/球面度)測量的發(fā)光強(qiáng)度，也可為以W/m2測量的光通量密度。
本文所述的所有試驗(yàn)方法均在發(fā)光電動(dòng)牙刷以操作裝置所需吸收的標(biāo)準(zhǔn)電流工作時(shí)進(jìn)行，這時(shí)牙刷處于全負(fù)載啟動(dòng)狀態(tài)，刷毛運(yùn)動(dòng)且LED發(fā)光。
以下將更詳細(xì)地討論本發(fā)明LED的特性。
A.在典型牙齒表面的光通量密度(“FDRT”)。
本試驗(yàn)的目的是表示投影到牙齒表面的輻射光通量密度，單位為W/m2。以瓦標(biāo)定的檢測器的檢測器孔面積小于約3.14cm2、1.77cm2、1.54cm2、1.33cm2、1.23cm2、1.13cm2、1.04cm2、0.95cm2、0.87cm2、0.79cm2、0.70cm2、0.64cm2、0.50cm2和/或0.46cm2，和/或大于約0.28cm2、0.31cm2、0.32cm2、0.33cm2、0.38cm2、0.44cm2、0.46cm2和/或0.50cm2，而檢測器孔直徑為至少約0.60cm、0.63cm、0.64cm、0.70cm、0.76cm、0.80cm、0.90cm、0.95cm、1.00cm、1.05cm、1.10cm、1.15cm和/或1cm，和/或小于約2.0cm、1.50cm、1.40cm、1.30cm、1.25cm、1.20cm、1.15cm、1.10cm、1.00cm，而檢測器孔與LED發(fā)光點(diǎn)的距離(“檢測器距離”)大于約0.55cm、0.60cm、0.63cm、0.64cm、0.66cm、0.68cm、0.70cm、0.72cm、0.74cm、0.76cm、0.80cm、0.85cm、0.90cm和/或1.0cm，和/或小于約2.0cm、1.5cm、1.4cm、1.3cm、1.25cm、1.20cm、1.15cm、1.10cm、1.05cm和/或1.0cm。通常，檢測器包含能提供所需要尺寸的檢測器孔的虹膜。LED應(yīng)面對(duì)檢測器孔放置，而且LED的機(jī)械軸線應(yīng)通過該檢測器孔的中心。檢測器測量在檢測器處的輻射光通量(瓦)。檢測器測量在整個(gè)檢測器孔面積上的輻射光通量。因此，所得數(shù)量是輻射光通量的總值。FDRT是輻射光通量的總值除以帽蓋1109(如圖示說明LED與暴露于光線中的表面之間的幾何關(guān)系的圖20所示)的球面積。帽蓋的球面積可由以下公式計(jì)算S＝2πR(R-l)式中R=l2+d2/4]]>S＝帽蓋的球面積l＝檢測器距離d＝檢測器孔面直徑。
FDRT＝總輻射光通量(瓦)/S該輻射光通量(瓦)除以帽蓋的球面積，得到典型牙齒表面的光通量密度(W/m2)。一個(gè)適于測量FDRT的裝置實(shí)施例包括由OptronicLaboratories，Inc.，Orlando，F(xiàn)L制造的OL 730CV輻射計(jì)/光度計(jì)。如圖21所示，檢測器距離“l(fā)”(以1200表示)是LED 1275的發(fā)光點(diǎn)1205與檢測器1203的入口孔1201之間的距離。該檢測器距離“l(fā)”(以1200表示)從LED 1275的發(fā)光點(diǎn)1205至檢測器1203的檢測器孔平面1201進(jìn)行測量。
本發(fā)明發(fā)光電動(dòng)牙刷的FDRT為至少約30W/cm2、35W/cm2、40W/cm2、45W/cm2、50W/cm2、55W/cm2、60W/cm2、70W/cm2和/或100mW/cm2，和/或小于約300W/cm2、250W/cm2、200W/cm2、150W/cm2和/或100mW/cm2，或者這些值的任何組合。當(dāng)在口腔中單獨(dú)使用或與其它口腔護(hù)理組合物一起使用時(shí)，據(jù)信包含單個(gè)以上述FDRT發(fā)光的LED的牙刷可產(chǎn)生使牙刷變白和其它口腔護(hù)理的有益效果。為達(dá)到這些口腔護(hù)理的有益效果，設(shè)置在牙刷頭部的至少一個(gè)LED應(yīng)該發(fā)出具有至少約30mW/cm2FDRT的光。具有更高FDRT的光也可產(chǎn)生使牙齒變白或其它口腔護(hù)理的有益效果，但是如果超過300mW/cm2，使用者可能需要采取安全措施以防止損傷口腔。
B.立體角內(nèi)的百分比總光通量在電動(dòng)牙刷LED的一個(gè)實(shí)施方案中，LED總功率(瓦)的至少約75％、80％、85％、90％、95％、100％被包含在頂點(diǎn)位于LED中心至少約0、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.9、0.95和/或1球面度(“sr”)，和/或小于約6.3、5.5、5、4.5、4、3.5、3、2.5、2、1.5、1.3、1.2、1.1和/或1sr的立體角內(nèi)。頂點(diǎn)在LED發(fā)光點(diǎn)的立體角可用以下公式計(jì)算α＝S/R2＝2πh/R，式中h＝R-a和R=a2+b2/4]]>α＝立體角(sr)S＝帽蓋的球面積a＝軸線距離b＝計(jì)量面積的直徑這些計(jì)算類似于上述計(jì)算FDRT中所用的計(jì)算，而軸線距離和計(jì)量面積與檢測器距離和檢測器面積有類似的值，但是在計(jì)算立體角時(shí)，沒有檢測器出現(xiàn)。
圖20表示LED在其中向暴露于光線中的表面發(fā)射光的空隙空間示意圖。公式中的各要素表示于圖20中，其中“α”為立體角(以1110表示)，其頂點(diǎn)(以1111表示)在LED 1175的發(fā)光點(diǎn)1113。“a”(在圖20中表示為1101)為LED的發(fā)射表面與暴露于從LED發(fā)出的光線中的表面之間的垂直距離(軸線距離)，“b”(以1103表示)為包含LED的圓面積的直徑，而“S”(以1109表示)為帽蓋的球面積。“h”(以1105表示)等于“R”(以1107)減“a”(以1101表示)。“b”可為至少約0.60cm、0.63cm、0.64cm、0.65cm、0.70cm、0.76cm、0.80cm、0.90cm、0.95cm和/或1.00cm，和/或小于約2.0cm、1.50cm、1.40cm、1.30cm、1.25cm、1.20cm、1.15cm、1.10cm、1.05cm和/或1.00cm?！癮”可為大于約0.55cm、0.60cm、0.63cm、0.64cm、0.66cm、0.68cm、0.70cm、0.72cm、0.74cm、0.76cm、0.80cm、0.85cm、0.90cm和/或1.00cm，和/或小于約2.0cm、1.50cm、1.40cm、1.30cm、1.25cm、1.20cm、1.15cm、1.10cm、1.05cm和/或1.00cm。
為確定立體角內(nèi)的功率百分比，首先應(yīng)測量從LED發(fā)出的總功率，然后應(yīng)測量具體立體角區(qū)域內(nèi)的功率。最后求出具體立體角內(nèi)的百分比功率。從LED發(fā)出的總功率可由測角光度計(jì)法和/或集成球體法中任意一個(gè)來確定。測角光度計(jì)法允許以瓦為單位測量總輻射通量(當(dāng)測角光度計(jì)以瓦進(jìn)行標(biāo)定時(shí))。轉(zhuǎn)動(dòng)測角光度計(jì)的檢測器以掃描圍繞LED的球形區(qū)域表面。入射到表面每個(gè)單元dA上的部分通量dΦ代表一個(gè)總輻射通量E(θ，)＝dΦ/dA它可被加權(quán)并求和以給出總輻射通量Φ的值。
Φ=∫(A)EdA]]>測量從LED發(fā)出的總輻射通量的另一方法是采用集成球體(以瓦標(biāo)定)，將被測試的LED與具有類似空間和頻譜功率分布的標(biāo)準(zhǔn)LED進(jìn)行比較。如果不能得到理想的匹配標(biāo)準(zhǔn)，可計(jì)算顏色校正；但是空間功率差的校正更難于計(jì)算。很多集成球體的直徑不大于10cm。因此，應(yīng)將同型號(hào)的輔助LED插入集成球體，以允許校正應(yīng)用于測試LED的自吸收。具有供檢測器使用的兩個(gè)入口和一個(gè)出口的球體應(yīng)能工作。這兩種方法均描述于International Commission of Illumination出版的CIE 127(1997)中，標(biāo)題為“Measurement of LEDs”。
第二，測量具體立體角內(nèi)的功率。為選擇測量其中功率的立體角，應(yīng)運(yùn)用前述公式確定所需要立體角的軸線距離和計(jì)量面積的直徑。軸線距離值對(duì)應(yīng)于檢測器距離值，而計(jì)量面積直徑的值對(duì)應(yīng)于檢測器孔面積的值。當(dāng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，通過選擇這些值，測量在所需要立體角內(nèi)的功率。如果檢測器已以瓦標(biāo)定，那么所得結(jié)果為所需要立體角內(nèi)的總輻射通量。
LED總輻射通量(在具體立體角內(nèi))的測量涉及以瓦標(biāo)定的檢測器，該檢測器圓孔1201的面積小于約3.14cm2，1.77cm2，1.54cm2，1.33cm2，1.23cm2，1.13cm2，1.04cm2，0.95cm2，0.87cm2，0.79cm2，0.70cm2，0.64cm2，0.50cm2和/或0.46cm2，和/或大于約0.28cm2，0.31cm2，0.32cm2，0.33cm2，0.38cm2，0.44cm2，0.46cm2和/或0.50cm2，而檢測器孔的直徑為至少約0.60cm，0.63cm，0.64cm，0.70cm，0.76cm，0.80cm，0.90cm，0.95cm，1.00cm，1.05cm，1.10cm，1.15cm和/或1cm，和/或小于約2.0cm，1.50cm，1.40cm，1.30cm，1.25cm，1.20cm，1.15cm，1.10cm，1.00cm。LED應(yīng)面對(duì)檢測器孔1201放置，距LED 1275發(fā)光點(diǎn)1205的檢測器距離1200為約0.55cm，0.60cm，0.63cm，0.64cm，0.66cm，0.68cm，0.70cm，0.72cm，0.74cm，0.76cm，0.80cm，0.85cm，0.90cm和/或1.00cm，和/或小于約2.0cm，1.50cm，1.40cm，1.30cm，1.25cm，1.20cm，1.15cm，1.10cm，1.05cm和/或1.00cm。LED的機(jī)械軸線應(yīng)通過檢測器孔的中心。
最后，在需要立體角內(nèi)所發(fā)出光的百分比由以下公式計(jì)算在所需要立體角內(nèi)的總輻射通量/總輻射通量＝在需要立體角內(nèi)所發(fā)出光的百分比C.半角和/或視角確定發(fā)光電動(dòng)牙刷是否發(fā)出具有期望特性的光的另一方法是檢查LED的半角和/或視角。本文所述半角是峰值與在光束軸一側(cè)發(fā)光強(qiáng)度是最大值的百分之五十的點(diǎn)之間夾角(單位為度)的兩倍或者光束角的一半。該角也可稱為視角。半角越小，光越集中。從LED發(fā)出的光越集中，達(dá)到期望的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT所需要的光越少。光線越具有聚焦的角度，在照亮非優(yōu)選方向即照亮刷毛區(qū)，所浪費(fèi)的光越少。如果光照射在非優(yōu)選方向，達(dá)到期望的發(fā)光強(qiáng)度或FDRT將需要更多的光，這常導(dǎo)致熱量水平增加。從發(fā)光電動(dòng)牙刷上散發(fā)的熱量增加可導(dǎo)致對(duì)口腔內(nèi)牙齒和組織的損傷。LED的半角(2θ12)]]>可為小于約50°，49°，48°，47°，46°，45°，44°，43°，42°，41°，40°，38°，36°，34°，32°，30°和/或28°，和/或大于約0°和/或5°。
D.發(fā)射溫度用一個(gè)在牙刷頭部然后被放入口腔內(nèi)以刷洗和/或護(hù)理牙齒的LED可將熱和光引入口腔。光可被牙齒表面吸收，因此在牙齒表面產(chǎn)生附加的熱量。如果在口腔內(nèi)產(chǎn)生熱量，牙齒內(nèi)部組織腔可能增大，這會(huì)導(dǎo)致牙髓炎或?qū)谇坏钠渌鼡p傷。為避免引起口腔內(nèi)的損傷，牙齒表面的溫度應(yīng)保持低于約43℃，40℃，39℃，38℃，37℃，36℃，34℃，30℃和/或25℃。如果牙齒表面的溫度增加超過前述溫度，牙齒內(nèi)部組織腔可能過熱，因此導(dǎo)致牙髓炎。因此，發(fā)光電動(dòng)牙刷發(fā)出的光不應(yīng)產(chǎn)生使牙齒表面的溫度升高到大于約43℃，40℃，39℃，38℃，37℃，36℃，34℃，30℃和/或25℃的熱量。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過使用標(biāo)準(zhǔn)LED和給標(biāo)準(zhǔn)LED提供小于約200毫安(“mA”)的連續(xù)正向電流，使牙齒表面的溫度保持在低于約43℃。
來自暴露于從發(fā)光電動(dòng)牙刷發(fā)出的光線中而在牙齒表面產(chǎn)生的溫度是“發(fā)射溫度”。發(fā)射溫度可用本領(lǐng)域所知的裝置測量，例如熱電偶1315(如圖22所示)。適用于本試驗(yàn)方法的一種熱電偶是由OmegaEngineering，Inc.制造的SC-GG-T-30-36熱電偶。熱電偶可連接到暴露于從LED發(fā)出的光線中的牙齒表面，優(yōu)選采用粘合劑。適用于本試驗(yàn)方法的一種牙用粘合劑是由Dentsply制造的Lucitone 199?？晒┻x擇地，牙齒表面的溫度可在暴露于光線中后測量，只要熱電偶接觸牙齒而且溫度度數(shù)在結(jié)束暴露牙齒于光線中小于約10秒，9秒，8秒，7秒，6秒，5秒，4秒，3秒，2秒，1秒的測試時(shí)間完成。在結(jié)束暴露于光線中之后測量溫度的一個(gè)方法是在測試時(shí)間期間通過使用標(biāo)準(zhǔn)棉簽將熱電偶貼附并保持在牙齒上以收集溫度數(shù)據(jù)。另外，可使用一個(gè)將來自熱電偶的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以度為單位的溫度的單元1317；由Omega Engineering，Inc.制造的手持單元HH5-08適用于前述熱電偶以將從熱電偶接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以度為單位的溫度。該試驗(yàn)在體外在標(biāo)準(zhǔn)抽樣的人或牛牙齒1301樣本上在32℃的培養(yǎng)器具內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)在32℃的培養(yǎng)器具內(nèi)進(jìn)行以復(fù)現(xiàn)置于口腔內(nèi)牙齒的正常底座溫度。適于本試驗(yàn)的培養(yǎng)器具是購自JouanGroup of Companies的#51221122類的THELCO 3DG。牙齒置于鑄鋁臺(tái)架1319內(nèi)，該臺(tái)架包括一片具有去除的空間以供放置牙齒的鑄鋁。該鑄鋁臺(tái)架1319將牙齒1301連接到加熱池1321。適用于本試驗(yàn)方法的加熱池包括由Aavid Thermalloy制造的加熱池11-5602-48 VIS#031608。可給加熱池提供電源(未示出)?！鞍l(fā)射距離”是在LED 1375的發(fā)光點(diǎn)1305與牙齒1301的表面之間的距離1303。發(fā)射距離1303可為距牙齒表面小于約3.14cm，1.77cm，1.54cm，1.33cm，1.23cm，1.13cm，1.04cm，0.95cm，0.87cm，0.79cm，0.70cm，0.64cm，0.50cm和/或0.46cm，和/或大于約0.28cm，0.31cm，0.32cm，0.33cm，0.38cm，0.44cm，0.46cm和/或0.50cm。LED 1375的發(fā)光點(diǎn)1305所放置的發(fā)射距離距牙齒1301的表面小于約3.14cm，1.77cm，1.54cm，1.33cm，1.23cm，1.13cm，1.04cm，0.95cm，0.87cm，0.79cm，0.70cm，0.64cm，0.50cm和/或0.46cm，和/或大于約0.28cm，0.31cm，0.32cm，0.33cm，0.38cm，0.44cm，0.46cm和/或0.50cm，而且發(fā)光電動(dòng)牙刷1313被啟動(dòng)；因此使LED 1375和牙齒1301的照亮表面工作。然后將牙齒1301暴露于從LED 1375發(fā)出的光線中，暴露時(shí)間小于約15分鐘，14分鐘，13分鐘，12分鐘，11分鐘，10分鐘，9分鐘，8分鐘，7分鐘，6分鐘，5分鐘，4分鐘，3分鐘，2分鐘，1分鐘和/或0分鐘，而牙齒1301的溫度由標(biāo)準(zhǔn)熱電偶1315測量。熱電偶可連接到分離的手持單元1317以將熱電偶1315的度數(shù)轉(zhuǎn)換為溫度度數(shù)。發(fā)射溫度不應(yīng)超過約43℃，40℃，39℃，38℃，37℃，36℃，34℃，30℃和/或25℃。
E.功率消耗另外，為避免由于產(chǎn)生過多的熱量而對(duì)口腔的損傷，由設(shè)置在發(fā)光電動(dòng)牙刷頭部的LED消耗的總電功率(“功率消耗”)不應(yīng)超過約2瓦，1.5瓦，1瓦，0.95瓦，0.9瓦，0.85瓦，0.8瓦，0.75瓦，0.7瓦，0.5瓦，0.4瓦，0.3瓦，0.2瓦，0.1瓦(“W”)。
F.本發(fā)明的實(shí)施例在本發(fā)明包含標(biāo)準(zhǔn)LED的發(fā)光電動(dòng)牙刷中，通過增加正向電流到超出制造商的推薦值(“超功率”)、在LED中包含多個(gè)發(fā)光體和/或使從LED發(fā)出的光為脈沖光或者這些方法的組合，可達(dá)到至少約7燭光的發(fā)光強(qiáng)度和/或至少約30mW/cm2的FDRT。LED超功率可能縮短其壽命。LED壽命的縮短量取決于用于給LED超功率的電流水平和LED的特性。但是，該縮短了的壽命仍然超過牙刷的使用所需要的壽命，因?yàn)檠浪⑹且淮涡院?或可更換的用品。在一個(gè)實(shí)施方案中，LED被置于牙刷上可更換的部分，因此如果需要可進(jìn)行更換。
本文所用術(shù)語“光”旨在包括可見和不可見(例如，紫外和紅外)光的光譜。該光譜可從優(yōu)勢波長或中心波長為約10nm的光(遠(yuǎn)紫外)延伸至中心波長為約106nm的光(紅外)，或者該光譜可包括中心波長在約370nm和約770nm之間的可見光。另外，該光譜可包括中心波長在約370和約500之間的可見光。本文所用術(shù)語“中心波長”是指代表光的感知顏色的波長。這可能與峰值波長不同，峰值波長是LED輻射強(qiáng)度最大的波長。對(duì)于LED，優(yōu)勢波長或中心波長可由以下公式確定λc=∫λminλmaxI(λ)·λ·dl/∫λminλmaxI(λ)·dλ]]>對(duì)于連續(xù)光譜，和λc=ΣiIiλi/ΣiIi]]>對(duì)于離散光譜。
其中I是發(fā)光強(qiáng)度，而λ是波長。
這些公式在International Commission of Illumination出版標(biāo)題為“Measurement of LEDs”的CIE 127(1997)中進(jìn)一步說明。LED的光譜(例如，峰值波長)、光度(例如，發(fā)光強(qiáng)度)、輻射(例如，輻射強(qiáng)度)和色度(例如，優(yōu)勢波長)特性可用本領(lǐng)域所知的裝置進(jìn)行測量，例如由Orlando，F(xiàn)L的Optronic Laboratories，Inc.制造的OL 730CV輻射計(jì)/光度計(jì)。有些光可能不具有優(yōu)勢波長或中心波長(例如，白光)。
本發(fā)明發(fā)光電動(dòng)牙刷包括的LED所發(fā)出的光具有至少約7，10，15，20，30和/或40，和/或小于約60，50，45和/或40燭光或它們的任意組合的發(fā)光強(qiáng)度，或者具有至少約30mW/cm2，35mW/cm2，40mW/cm2，45mW/cm2，50mW/cm2，55mW/cm2，60mW/cm2，70mW/cm2和/或100mW/cm2，和/或小于約300mW/cm2，250mW/cm2，200mW/cm2，150mW/cm2和/或100mW/cm2或它們的任意組合的FDRT。
發(fā)光電動(dòng)牙刷的一個(gè)實(shí)施方案包括如圖1所示的LED。圖1表示LED封裝11的橫截面，包括透鏡3、單個(gè)發(fā)光小方塊5、引線接合7、正極21和負(fù)極9以及縱向軸線L。具有發(fā)光特性的各種類型半導(dǎo)體基質(zhì)都可用于本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)的LED。具有發(fā)光特性的一種類型半導(dǎo)體基質(zhì)是小方塊。小方塊是具有發(fā)光特性的單個(gè)半導(dǎo)體基質(zhì)。應(yīng)當(dāng)考慮到，置于本發(fā)明發(fā)光電動(dòng)牙刷頭部的LED可包含具有發(fā)光特性的任何類型半導(dǎo)體基質(zhì)，包括但不限于小方塊，只要發(fā)光電動(dòng)牙刷提供具有本文所述期望特性的光。LED的直徑可為至少約0.5mm，1mm，2mm，3mm，4mm，5mm和/或6mm，和/或小于約5mm，10mm，15mm和/或20mm。
光可從LED發(fā)光點(diǎn)的很多表面發(fā)出。但是，簡單起見，本文后面的所有從LED發(fā)光點(diǎn)和/或表面的距離測量都是參照半導(dǎo)體基質(zhì)的前表面，例如小方塊5的前表面。如果LED具有多個(gè)小方塊，因而具有多個(gè)半導(dǎo)體基質(zhì)的前表面，那么從LED發(fā)光點(diǎn)的距離應(yīng)為從這些半導(dǎo)體基質(zhì)前表面的距離的平均值。光從小方塊的表面發(fā)出，并導(dǎo)入LED的透鏡3。因此，要測量從半導(dǎo)體基質(zhì)發(fā)光點(diǎn)的距離，應(yīng)確定半導(dǎo)體基質(zhì)發(fā)光單元的前表面。在發(fā)光電動(dòng)牙刷的一個(gè)實(shí)施方案中，LED發(fā)光單元的前表面是小方塊5的表面(如圖1所示)。因此，該實(shí)施方案所有從發(fā)光表面的距離測量都從小方塊5的前表面開始。
超功率LED產(chǎn)生期望的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT，因?yàn)樵跇O限內(nèi)LED的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT隨輸入的正向電流增加而增加。因此本發(fā)明發(fā)光電動(dòng)牙刷所期望的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT水平可通過給標(biāo)準(zhǔn)LED增加電流至超過制造商的推薦值來達(dá)到。將電流增大到制造商推薦最大值的兩倍，發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT將幾乎加倍，同時(shí)還得到發(fā)光電動(dòng)牙刷的使用可接受的LED壽命?？捎脴?biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)器供給選擇的電流水平以達(dá)到期望的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT。適用于本發(fā)明的電壓或電流驅(qū)動(dòng)器是由英國Oldham的Zetex Semiconductors制造的ZXSC310單個(gè)或多個(gè)LED單元驅(qū)動(dòng)器。達(dá)到期望的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT的最小電流可能大于制造商推薦的連續(xù)工作最大電流，制造商推薦的連續(xù)工作最大電流的兩倍，或制造商推薦的脈沖工作最大電流的三倍。在最大限度，電流可增加到使LED立即損壞的水平。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案包含一個(gè)提供期望發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT的標(biāo)準(zhǔn)LED，通過該LED的連續(xù)正向電流大于約35mA，40mA，45mA，50mA，55mA，60mA，65mA，70mA，75mA，80mA，90mA，100mA，150mA和/或200mA，和/或小于約700mA，600mA，500mA，400mA，300mA，250mA，200mA，150mA，100mA，90mA，80mA，75mA，70mA，65mA，60mA，55mA，50mA，45mA，40mA和/或35mA。在一個(gè)實(shí)施方案中，最小連續(xù)電流水平可為連續(xù)工作時(shí)的最大連續(xù)電流額定值，而最大連續(xù)電流水平可約為使LED立即損壞的電流。雖然發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT隨著電流的增加而增大，但有一個(gè)該相關(guān)性程度失效的點(diǎn)，進(jìn)一步增大電流不會(huì)導(dǎo)致發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT增大。這個(gè)確切的點(diǎn)取決于LED的特性和結(jié)構(gòu)。另外，隨著時(shí)間的進(jìn)行以及當(dāng)LED暴露于超過制造商推薦的電流時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT開始衰減。保持期望的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT的一種方法包括，但不限于，進(jìn)一步增加電流以保持相同的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT。雖然為達(dá)到期望的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT而增大了供給標(biāo)準(zhǔn)LED的電流，但是所用的電流還小于通常用于高功率非標(biāo)準(zhǔn)LED的電流。因此，由標(biāo)準(zhǔn)LED產(chǎn)生的熱量不會(huì)使牙齒表面的溫度升高超出約43℃。
穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)中的LED電流只能部分保持發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT隨時(shí)間的穩(wěn)定性，因?yàn)殡娏鞅３植蛔?，但LED發(fā)生了衰減。但是，當(dāng)LED衰減時(shí)可增加電流以保持相同水平的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT。當(dāng)LED衰減時(shí)，保持發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT恒定的一種方法是用一個(gè)內(nèi)嵌的傳感器測量從LED發(fā)出的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT，并根據(jù)測量值調(diào)節(jié)電流。當(dāng)LED衰減時(shí)調(diào)節(jié)電流產(chǎn)生一種發(fā)光電動(dòng)牙刷，該牙刷一直以確定的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT連續(xù)提供光。保持近似相同的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT而不包括內(nèi)嵌傳感器的另一個(gè)方法是包括計(jì)時(shí)電路，當(dāng)LED衰減時(shí)該電路隨時(shí)間而增加供給LED的電流。這可通過簡單的設(shè)計(jì)而保持近似穩(wěn)定的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT，附加費(fèi)用最少。適用于本發(fā)明的電壓或電流驅(qū)動(dòng)器是由英國Oldham的Zetex Semiconductors制造的ZXSC310單個(gè)或多個(gè)LED單元驅(qū)動(dòng)器。
圖2表示通過包括如多個(gè)小方塊這樣的多個(gè)發(fā)光體而達(dá)到本發(fā)明發(fā)光電動(dòng)牙刷中發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT水平的另一種方法。以下實(shí)施方案圖示說明具有兩個(gè)如小方塊這樣的發(fā)光半導(dǎo)體基質(zhì)的LED，但是應(yīng)當(dāng)考慮到，LED可包含多個(gè)小方塊。本發(fā)明的該實(shí)施方案15具有單個(gè)光線輸出、透鏡3和一個(gè)正極21與一個(gè)負(fù)極9。但是，該單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)LED封裝含有多個(gè)發(fā)光體和多個(gè)半導(dǎo)體基質(zhì)，而且可具有多個(gè)電極。從光源發(fā)出的所有光線的組合在LED封裝15的透鏡3上產(chǎn)生單個(gè)光輸出。單個(gè)LED封裝15具有多個(gè)發(fā)光小方塊5和17以及引線接合7和117。實(shí)施方案15表示小方塊117之間的連接。該連接可為并聯(lián)也可為串聯(lián)。圖2a表示串聯(lián)的多個(gè)小方塊。本發(fā)明的該實(shí)施方案15a具有單個(gè)光線輸出、透鏡3和一個(gè)正極9與一個(gè)負(fù)極27。但是，該單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)LED封裝含有多個(gè)小方塊5和17，每個(gè)小方塊具有單獨(dú)的底座37和39。這些小方塊具有串聯(lián)連接，引線接合111連接小方塊5的頂部與小方塊17的底部，而引線接合113連接小方塊17的頂部與負(fù)極27。從光源發(fā)出的所有光線的組合在LED封裝15a的透鏡3上產(chǎn)生單個(gè)光輸出。圖2b表示并聯(lián)的多個(gè)小方塊。本發(fā)明的該實(shí)施方案15b具有單個(gè)光線輸出、透鏡3和一個(gè)正極9與一個(gè)負(fù)極27。這些小方塊具有并聯(lián)連接，引線接合117連接小方塊5的頂部與小方塊17的頂部，而引線接合7連接小方塊17的頂部與共用負(fù)極27的頂部。從光源發(fā)出的所有光線的組合在LED封裝15b的透鏡3上產(chǎn)生單個(gè)光輸出。在該多小方塊LED的另一個(gè)實(shí)施方案15c(如圖2c所示)中，LED包含透鏡3、兩個(gè)半導(dǎo)體基質(zhì)、以并聯(lián)表示的小方塊5和17、引線接合119和121、一個(gè)正極33和兩個(gè)負(fù)極31與35。該LED也從單個(gè)光輸出，透鏡3發(fā)射光。每個(gè)小方塊具有單獨(dú)的底座37和39。也考慮到，LED可包含兩個(gè)正極、一個(gè)負(fù)極；而且更進(jìn)一步講，該LED的實(shí)施方案可為串聯(lián)連接。另外，LED可包含多個(gè)具有發(fā)光特性的半導(dǎo)體基質(zhì)，而且LED可包含多個(gè)電極。LED可具有共用電極，或者每個(gè)具有發(fā)光特性的半導(dǎo)體基質(zhì)具有單獨(dú)的電極。另外，每個(gè)具有發(fā)光特性的半導(dǎo)體基質(zhì)可由分離電源，例如電池，單獨(dú)供電。
這些小方塊可以并聯(lián)或串聯(lián)進(jìn)行電氣連接。當(dāng)它們串聯(lián)時(shí)，所有電流方面的考慮與單個(gè)小方塊時(shí)相同?？傠妷簩⒔茷閚×Vi，其中n＝小方塊數(shù)，而Vi＝單個(gè)小方塊的正向電壓。如果小方塊為并聯(lián)連接，那么總電流將近似為n×Ii，而總電壓近似為單個(gè)小方塊的電壓。串聯(lián)連接工作良好，因?yàn)樗{(diào)節(jié)小方塊之間的差別。當(dāng)小方塊串聯(lián)連接時(shí)，它們自動(dòng)調(diào)節(jié)其正向電壓，因此它們的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT變得非常接近。在任一種排列中，兩個(gè)小方塊LED的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT約為1.6×Pi，其中Pi為單個(gè)小方塊的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT。三個(gè)小方塊LED的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT可為約2.26×Pi。(小方塊之間的干涉可能影響通過乘以小方塊數(shù)來計(jì)算發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT。)這些小方塊可提供相同顏色的光或者它們可具有不同顏色的光。但是，如果每個(gè)單獨(dú)的發(fā)光體發(fā)出相同的光，那么從那一個(gè)單個(gè)LED發(fā)出的那種顏色光的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT大于發(fā)出一種顏色光的單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)LED。每個(gè)單獨(dú)的發(fā)光體可發(fā)出波長從約440nm至約480nm的光。單個(gè)LED也可包含發(fā)出不同顏色光的兩個(gè)小方塊，例如波長的選擇范圍為大于約370，380，390，400，425，440，450，475，480和/或小于約500納米。也可以這樣選擇小方塊，使得小方塊發(fā)出同一顏色范圍內(nèi)不同波長的光；例如，小方塊可發(fā)出產(chǎn)生藍(lán)色的不同波長的光。另外，不同波長光在LED單個(gè)光輸出(透鏡)中的組合可產(chǎn)生提供口腔護(hù)理有益效果的具體顏色組合。例如，可將兩種不同的組合物施加到牙齒上，其中每種對(duì)不同波長的光起反應(yīng)。另外，不同波長的光可在口腔中引起不同的反應(yīng)；一種波長的光可以殺菌，另一種波長的光可使牙齒變白。有些顏色難以由單種波長的光來實(shí)現(xiàn)；本發(fā)明可用于產(chǎn)生這些獨(dú)特顏色之一的光。因此，不同顏色在單個(gè)光輸出中的組合可產(chǎn)生不能單獨(dú)由一個(gè)小方塊來實(shí)現(xiàn)的顏色。因此，采用不同的顏色可產(chǎn)生一種或多種單色單波長不能實(shí)現(xiàn)的口腔護(hù)理有益效果。
達(dá)到本發(fā)明發(fā)光電動(dòng)牙刷的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT的再一種方法包括給LED提供非連續(xù)或脈沖電流，以產(chǎn)生脈沖或非連續(xù)的光。本發(fā)明的該實(shí)施方案包含一個(gè)提供期望發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT水平的標(biāo)準(zhǔn)LED，通過該LED的脈沖正向電流大于約100mA，125mA，150mA，175mA，200mA，225mA，250mA，275mA，300mA，325mA，350mA和/或375mA，和/或小于約900mA，800mA，700mA，600mA，500mA，400mA，375mA，350mA，325mA，300mA，275mA，250mA，225mA，200mA，175mA，150mA，125mA和/或100mA。在一個(gè)實(shí)施方案中，脈沖正向電流大于約脈沖工作時(shí)的最大額定電流，且小于約使LED立即損壞的電流。光脈沖的最小發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT可與連續(xù)光相同，而最大發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT為Pc/Q，其中Pc是連續(xù)光的發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT，Q是占空比。占空比等于脈沖持續(xù)時(shí)間除以脈沖周期。本發(fā)明的占空比為從約0.01，0.10，0.25，0.40和/或0.50至約0.50，0.600.75，0.80和/或0.99。光脈沖的頻率可為約0.01Hz，1Hz，10Hz，100Hz，500Hz或1MHz至約1MHz，10MHz，100MHz，500MHz，1GHz或10GHz。LED脈沖工作的電流幅值可從約Imaxp至約10Imaxp，其中Imaxp是脈沖工作時(shí)最大額定電流的絕對(duì)值，或者為約Imax至約20Imap，其中Imax是連續(xù)工作時(shí)的最大額定電流。給LED供脈沖電流使得LED的功率消耗減小，因此延長了電池的壽命，同時(shí)也增加了光的亮度和/或發(fā)光強(qiáng)度和/或FDRT。電池壽命的改善和亮度的增加取決于LED的特性和結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，發(fā)光電動(dòng)牙刷包括加長的主體部分或柄部、頭部和在頭部與柄部之間延伸的頸桿。在頭部提供有一個(gè)或多個(gè)LED，優(yōu)選靠近其上具有多根刷毛的一個(gè)或多個(gè)靜止或活動(dòng)的刷毛載體，在這些刷毛載體上和/或在這些刷毛載體內(nèi)。刷毛可形成一組或多組刷毛束。
頭部包括縱向軸線、一個(gè)或多個(gè)活動(dòng)刷毛載體和可選擇的一個(gè)或多個(gè)靜止或固定刷毛載體?；顒?dòng)刷毛載體可進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)、回旋、渦旋、擺動(dòng)、線性往復(fù)或這些運(yùn)動(dòng)的任意組合。由本發(fā)明電動(dòng)牙刷提供的運(yùn)動(dòng)類型種類很多。靜止刷毛載體和設(shè)置在其上的靜止刷毛排列也可有很多種類。例如，靜止刷毛可部分或全部包圍活動(dòng)刷毛載體，或者可設(shè)置在活動(dòng)刷毛載體之間的間隙內(nèi)。適用于本發(fā)明的一些刷毛載體運(yùn)動(dòng)和刷毛排列的實(shí)施例在以下專利中說明US 20030126699；US 20030084525；US 20030084524；US20030084526；和WO 03/063723；WO 03/063722。刷毛可由常規(guī)非彈性材料制成，例如聚乙烯，或者可由彈性材料制成，例如天然或合成橡膠、聚烯烴、聚醚酰胺、聚酯、聚苯乙烯聚合物、聚氨酯等，或者這些材料的組合。
柄部具有中空部分，可操作地與活動(dòng)刷毛載體相連接的馬達(dá)設(shè)置在其中。馬達(dá)可操作地與活動(dòng)刷毛載體相連接，這時(shí)馬達(dá)的一些動(dòng)作引起活動(dòng)刷毛載體的響應(yīng)。軸可從馬達(dá)穿過頸桿伸入頭部的至少一部分。為了給活動(dòng)刷毛載體提供一種或多種運(yùn)動(dòng)，當(dāng)被馬達(dá)驅(qū)動(dòng)時(shí)該軸可旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)、線性往復(fù)、渦旋、振動(dòng)或繞軌道運(yùn)動(dòng)。為了傳遞運(yùn)動(dòng)，可在馬達(dá)與軸之間或者軸與活動(dòng)刷毛載體之間提供齒輪排列。示例性的軸和/或齒輪排列在USPNs 6,360,395和5,617,601以及本文引用的其它專利和專利出版物中有表示。柄部也有電源置于其中，例如一個(gè)或多個(gè)電池，以給馬達(dá)和LED供電?？晒┻x擇地，電動(dòng)牙刷可連接到外部電源，以給馬達(dá)供電。啟動(dòng)馬達(dá)和/或LED的開關(guān)設(shè)置在柄部。每當(dāng)馬達(dá)被啟動(dòng)時(shí)，LED被供電。但是，牙刷也可具有多個(gè)開關(guān)，以啟動(dòng)LED和/或活動(dòng)刷毛載體。
圖3表示本發(fā)明的發(fā)光電動(dòng)牙刷10。電動(dòng)牙刷可用于個(gè)人衛(wèi)生，例如刷洗個(gè)人的牙齒和牙齦。如圖3所示，電動(dòng)牙刷包括柄部12、抓握部分70和連接到柄部12的頸桿14。頭部16連接到頸桿14。典型地，頭部大于頸桿14，頸桿也典型小于柄部12。
現(xiàn)參照?qǐng)D4，牙刷10包括頭部16、縱向軸線19、柄部12、頸桿14、抓握區(qū)域72、開關(guān)52、活動(dòng)刷毛載體20和具有刷毛26設(shè)置在其上的靜止刷毛載體22。靜止刷毛載體22位于活動(dòng)刷毛載體20的對(duì)面?；顒?dòng)刷毛載體20位于頭部16的中心。雖然可提供前述的其它運(yùn)動(dòng)，活動(dòng)刷毛載體優(yōu)選繞近似垂直于頭部16縱向軸線19的軸線擺動(dòng)。如圖5所示，柄部12還包括中空部分30，它遮蓋馬達(dá)32。馬達(dá)32通過旋轉(zhuǎn)軸44帶動(dòng)活動(dòng)刷毛載體20。齒輪排列在軸44和馬達(dá)32之間可操作地互相連接。齒輪排列包括蝸桿40和一對(duì)階梯齒輪42、43。馬達(dá)32可操作地連接到蝸桿40。階梯齒輪42可操作地連接到階梯齒輪43和蝸桿40。所提供的LED 75設(shè)置在活動(dòng)刷毛載體20的內(nèi)部。LED75安裝或固定到活動(dòng)刷毛載體20上，使得LED 75隨活動(dòng)刷毛載體20運(yùn)動(dòng)。如圖6所示，通過使用一對(duì)滑動(dòng)接觸沿活動(dòng)刷毛載體20的下側(cè)劃定的專用接觸部分的電接觸器76和77給LED 75供電。在開關(guān)和電源與接觸器76和77之間可提供有導(dǎo)線(未示出)，以將電從電源導(dǎo)入LED。導(dǎo)線可從柄部12通過頸桿14而至頭部16。優(yōu)選地，導(dǎo)線靠近頸桿14的內(nèi)壁布置，使得它們不干涉軸44的運(yùn)動(dòng)?？晒┻x擇地，導(dǎo)線可嵌入頸桿14內(nèi)。
應(yīng)當(dāng)考慮到，圓形導(dǎo)電接觸區(qū)80和82可沿活動(dòng)刷毛載體20的外部提供，該區(qū)域可與提供在頭部內(nèi)的一對(duì)固定接觸器76和77電氣連通。導(dǎo)電接觸區(qū)80和82通過非導(dǎo)體材料互相絕緣。電極84和86可從導(dǎo)電接觸區(qū)提供到LED。圖4表示設(shè)置在活動(dòng)刷毛載體20上或內(nèi)的LED 75。在該實(shí)施方案中，LED固定連接到活動(dòng)刷毛載體20上，因此隨刷毛載體運(yùn)動(dòng)。雖然根據(jù)需要可伸出頂面23，但是優(yōu)選地，LED的頂端與活動(dòng)刷毛載體20的頂面23齊平。在靜止刷毛載體22內(nèi)或上可提供附加的LED。圖6a表示連接到立柱91的靜止LED 75，立柱是靜止的并在牙刷的93固定到頭部95?；顒?dòng)刷毛載體97繞靜止LED擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。正極87和負(fù)極89可從LED 75經(jīng)立柱91然后沿牙刷頭部95的長度到達(dá)電源(未示出)。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，LED 75設(shè)置在伸過活動(dòng)刷毛載體320的孔88內(nèi)，這在如圖7所示的實(shí)施方案300中得到最好的表示，這樣使得LED靜止且活動(dòng)刷毛載體320繞靜止的LED 75擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。在該實(shí)施方案中，LED 75固定到頭部316。LED 75可部分伸過孔88，或者可將它設(shè)置在活動(dòng)刷毛載體320的下表面之下，使得它被完全包含在頭部316之內(nèi)。LED 75的中心線或軸線也可為活動(dòng)刷毛載體320旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)的軸線。頸桿314在頭部316和柄部(未示出)之間延伸。頭部316還包含靜止刷毛322。
在上述每個(gè)施方案中，LED設(shè)置在活動(dòng)和/或靜止刷毛載體內(nèi)、上、下或直接與其相鄰，使光線盡可能有效地被引入刷洗區(qū)域。另外，LED的優(yōu)選排列使得光發(fā)射的主方向通常垂直于刷毛載體的頂面和/或通常平行于刷毛載體上的刷毛方向。換句話講，LED的優(yōu)選排列使得LED的中心線90通常垂直于頭部和/或刷毛載體的頂面，這在圖6中得到最好的表示。中心線90典型穿過透鏡92或LED的孔。當(dāng)LED設(shè)置在活動(dòng)和/或靜止刷毛載體內(nèi)、上或下時(shí)，繞LED中心線90的圓柱形區(qū)域或體積可基本沒有刷毛。這個(gè)基本沒有刷毛的區(qū)域可較大和/或較小，這取決于牙刷頭部的尺寸和/或在圍繞LED的區(qū)域內(nèi)所去除的刷毛數(shù)量。基本沒有刷毛的區(qū)域可大于約0.55cm，0.60cm，0.63cm，0.64cm，0.66cm，0.68cm，0.70cm，0.72cm，0.74cm，0.76cm，0.80cm，0.85cm，0.90cm和/或1.0cm，和/或小于約2.0cm，1.5cm，1.4cm，1.3cm，1.25cm，1.20cm，1.15cm，1.10cm，1.05cm和/或1.0cm。但是，活動(dòng)刷毛載體還優(yōu)選具有至少一圈圍繞LED的刷毛，如圖7中實(shí)施例的方式所示。但是可提供附加的刷毛束或內(nèi)圈刷毛束。
再次參見圖5，提供有開關(guān)50以控制發(fā)光電動(dòng)牙刷的操作，并可操作地與馬達(dá)32相連接。也配置開關(guān)50以操作牙刷的一個(gè)或多個(gè)LED。這樣的操作優(yōu)選為瞬間的或連續(xù)的。當(dāng)開關(guān)50閉合時(shí)，在提供于柄部12中空部分30內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電池60與馬達(dá)和LED75之間包括導(dǎo)線54形成閉合電路。
在牙刷400的實(shí)施方案中，LED 75可設(shè)置在頭部416上，使得它在靜止刷毛載體422和活動(dòng)刷毛載體420之間，而且不與活動(dòng)刷毛載體的旋轉(zhuǎn)/擺動(dòng)軸線對(duì)齊，如圖8中實(shí)施例的方式所示，為清洗起見，其中刷毛已被去除。頭部416通過頸桿414連接到柄部(未示出)。
圖9至12表示發(fā)光電動(dòng)牙刷的其它頭部、刷毛載體和刷毛構(gòu)型，它們都包含一個(gè)或多個(gè)LED。圖9表示頭部516和頸桿514。應(yīng)當(dāng)理解，頸桿514在牙刷的頭部516和柄部(未示出)之間延伸。在頭部516上設(shè)置的是單個(gè)活動(dòng)刷毛載體520，其上設(shè)置有多根刷毛束532。LED575設(shè)置在第二刷毛載體522上。圖10表示本發(fā)明的另一個(gè)頭部616，其上設(shè)置有多根刷毛632。頭部616包含單個(gè)刷毛載體620，其中設(shè)置有LED 675。頸桿614在頭部616和柄部(未示出)之間延伸。圖11表示再一個(gè)頭部716，其上設(shè)置有具有刷毛732的單個(gè)刷毛載體720。LED 775靠近在頭部716上的刷毛載體720設(shè)置。但是LED 775不設(shè)置在刷毛載體上。圖12表示再一種頭部816，它具有活動(dòng)的第一刷毛載體820和固定或靜止的第二刷毛載體822。兩個(gè)刷毛載體上均設(shè)置有LED 875。第一刷毛載體820上設(shè)置有多個(gè)環(huán)繞LED 875的刷毛束832，而第二刷毛載體822上設(shè)置有多個(gè)環(huán)繞LED 875的刷毛束834。頸桿814在頭部816和柄部(未示出)之間延伸。
如圖13所示，發(fā)光電動(dòng)牙刷1010的一個(gè)實(shí)施方案具有頭部1016、頸桿1014和柄部1012。設(shè)置在頭部1016上的是LED 1075。頸桿和柄部在1015可拆卸地連接，并包含用于它們物理連接和在LED與電源之間建立電氣連通的相應(yīng)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)參見圖14和15，頭部1016還包括活動(dòng)刷毛載體1020和靜止刷毛載體1022。設(shè)置在靜止刷毛載體1022上的是LED 1075。
頸桿1017在接頭1015與柄部1012分離。頸桿1017具有兩個(gè)小銷軸或突起1036[如虛線所示]，它們位于頸桿端部1032的內(nèi)側(cè)。小突起的尺寸使其能嵌入L形槽1042內(nèi)，該槽位于柄部1012的配合端部1040上。L形槽1042的寬度稍大于小突起的寬度，使L形槽可容納小突起。L形槽的深度約等于小突起的高度，使L形槽可容納小突起。
在將頭部和頸桿連接到柄部上時(shí)，使用者將小突起與L形槽的頂面1044對(duì)齊。使用者向下推壓頭部1016，使小突起與L形槽1042的底面1046接觸。當(dāng)小突起接觸L形槽的底面1046時(shí)，使用者將頭部1016和/或頸桿1017相對(duì)于柄部1012轉(zhuǎn)動(dòng)約90度，以將頭部鎖入位置，如圖14和15所示。每個(gè)突起的頂面被鎖在每個(gè)L形槽1042的頂面之下。因此，使用者在協(xié)同銷軸和導(dǎo)向狹槽上施加壓扭作用，以將頭部放入柄部上完全連接的位置，并實(shí)現(xiàn)兩者之間接合的鎖緊。
沿頸桿與柄部的配合區(qū)域提供有一個(gè)或多個(gè)電接觸器，以提供兩者之間可拆卸的電氣聯(lián)接。
圖16表示本發(fā)明電氣配置的示意圖。在該配置中，LED 75和馬達(dá)32通過開關(guān)50和電源60同時(shí)供電或啟動(dòng)。由于包含有LED，而且由電池提供的功率可能超過LED的需要，因此希望包括一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流驅(qū)動(dòng)器94，盡管輸入電壓或電流的變化，該驅(qū)動(dòng)器可給LED提供恒定的電壓或電流輸出，特別是當(dāng)電池的電壓或電流輸出隨時(shí)間趨于減小時(shí)。雖然圖16所示的示意圖是一個(gè)實(shí)施方案，也可提供其它的配置。例如，可提供分離的開關(guān)以分別啟動(dòng)LED和馬達(dá)?？商峁┒鄠€(gè)LED?？商峁┚哂胁煌庾V、光度、輻射和色度特性(例如，不同的優(yōu)勢波長、峰值波長、輻射功率等)的LED，以滿足單個(gè)電動(dòng)牙刷的多種用途。這也可由具有多個(gè)小方塊(如圖2-2b所示)的LED來實(shí)現(xiàn)。
圖17和18表示用于本文所述電動(dòng)牙刷的市售LED發(fā)光單元不同顏色的光譜分布。這些光譜分布曲線是關(guān)于LuxeonTM1-瓦反射器LED的，但是這些分布模式可由其它發(fā)光單元來實(shí)現(xiàn)。具體地講，圖17是LED各種顏色的相對(duì)光譜能量分布曲線。圖17表示品藍(lán)色、藍(lán)色、青色、綠色、琥珀色、桔紅色和紅色。圖18是白色LED的相對(duì)光譜能量分布。
對(duì)于牙齒漂白以及其它應(yīng)用，常期望利用提供輻射功率基本均勻分布的LED，使得每個(gè)牙齒在其表面接收到基本等量的輻射功率。因此，本發(fā)明牙刷的實(shí)施方案包括具有蘭伯特或鈴形模式的光輻射模式，例如在圖19中的實(shí)施例的方法所示。也可利用其它輻射模式，例如蝙蝠翼模式。但是，如上所述，LED可提供本發(fā)明所述的寬種類光輻射模式。
可排列刷毛載體上的刷毛，使其與從LED發(fā)出的光干涉最小。刷毛高度可為至少約0.5cm，0.6cm，0.7cm，0.8cm，0.9cm和/或1.0cm，和/或小于約2.0cm，1.5cm，1.4cm，1.3cm，1.2cm，1.1cm和/或1.0cm。但是應(yīng)考慮到，本發(fā)明的牙刷可利用與從LED發(fā)出的光相互作用的刷毛排列或材料。例如，緊鄰LED的刷毛和/或刷毛載體的頂面可包括反射鍍層，例如鎳或鉻，以輔助將光從頭部導(dǎo)向牙齒表面。可供選擇地，靠近LED的刷毛可由透明或半透明的材料形成，以進(jìn)一步促進(jìn)光向刷洗區(qū)域的傳遞。刷毛也可為有色的、被著色或染色，以基本與從LED發(fā)出光的顏色匹配。這樣，刷毛不會(huì)吸收，但會(huì)反射從LED發(fā)出的光。另外，可利用反射性保護(hù)層輔助將光導(dǎo)向LED周圍或附近的牙齒或牙齦表面。
如本文前面所述，具有LED牙刷的實(shí)施方案可與漂白組合物一起使用以使牙齒變白，而且具體地講，通過在漂白組合物施用前、施用過程中或施用后任一階段照射刷洗區(qū)域，以增強(qiáng)或加速組合物的漂白作用。可提供包括發(fā)光電動(dòng)牙刷和包含過氧化物的組合物的套件。
有機(jī)化合物的顏色通常取決于發(fā)色團(tuán)，發(fā)色團(tuán)是可進(jìn)行π電子轉(zhuǎn)移的不飽和團(tuán)。光可激發(fā)色斑發(fā)色團(tuán)(進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移)，并減小激活能量屏障，使它們更容易由漂白攻擊。換句話講，色體經(jīng)過光的激活可增強(qiáng)過氧化物漂白。類似地，由于光處理產(chǎn)生更快更好的漂白，色斑發(fā)色團(tuán)變得更容易磨蝕漂白。漂白劑滲入牙釉質(zhì)和牙質(zhì)內(nèi)的孔中，因此外部和內(nèi)部的色斑均可被降解和退去。
寬種類的牙齒漂白組合物可與本文所述電動(dòng)牙刷組合使用。牙齒漂白組合物可含有漂白劑，研磨劑、pH調(diào)節(jié)劑或任何其它通過機(jī)械或化學(xué)作用與牙齒發(fā)色團(tuán)發(fā)生作用的制劑或它們的組合。牙齒漂白組合物可以溶液、糊劑、凝膠、粘稠液體、固體或其它適合的形式提供。說明性的漂白劑包括氧基或氫基衍生化合物，例如金屬離子自由過氧化物、有機(jī)過氧化物和金屬離子包含過氧化物。漂白劑的具體非限制實(shí)施例包括過氧化物、金屬亞氯酸鹽、過硼酸鹽、過碳酸鹽、過氧酸、過硫酸鹽、現(xiàn)場形成前述化合物的化合物以及它們的組合。合適的過氧化物包括過氧化氫、過氧化脲、過氧化鈣、過氧化氫脲，以及它們的混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，漂白劑為尿素過氧化物。合適的金屬亞氯酸鹽包括亞氯酸鈣、亞氯酸鋇、亞氯酸鎂、亞氯酸鋰、亞氯酸鈉、亞氯酸鉀和它們的混合物。另外的漂白劑也包括次氯酸鹽和二氧化氯。在一個(gè)實(shí)施方案中，漂白劑選自亞氯酸鈉、過氧化物、過碳酸鈉、過硫酸氫鉀和它們的混合物。初始漂白劑可為水溶液或固體材料。
漂白劑在漂白組合物中的含量可變化。例如，基于牙齒漂白組合物的總量，漂白劑可以約0.5至約60的重量百分比含量出現(xiàn)。如果過氧化氫為漂白劑，根據(jù)一個(gè)特別的實(shí)施例，基于牙齒漂白組合物的總量，它可以約0.5至約40的重量百分比出現(xiàn)，特別是約7至約15的重量百分比。如果尿素過氧化物，根據(jù)一個(gè)特別的實(shí)施例，基于牙齒漂白組合物的總量，它可以約10至約60的重量百分比出現(xiàn)。典型地，在組合物與牙齒接觸時(shí)施加LED的輻射能，但是可在牙齒漂白組合物施用前或后施加。
發(fā)光電動(dòng)牙刷可作為一個(gè)套件包裝，包括一個(gè)或多個(gè)包含LED的可更換頭部。雖然作為優(yōu)選的電池供電對(duì)柄部進(jìn)行了討論，本發(fā)明也包括其它熟知的電源，例如捆綁出口連接或可充電電池以及相關(guān)的刷架/充電器(未示出)。
如上所述，發(fā)光電動(dòng)牙刷的各種實(shí)施方案可與漂白組合物組合使用。漂白牙齒的典型方法如下。在獲得發(fā)光電動(dòng)牙刷和組合物之后，將組合物施加到要進(jìn)行漂白的牙齒表面。優(yōu)選地，通過將有效含量的組合物沉積到牙刷的刷毛載體上來進(jìn)行這樣的施用，然后將該組合物施加到需要漂白的表面上。通常，后一步象刷牙一樣進(jìn)行?？晒┻x擇地，可用涂敷器帶將牙齒漂白組合物刷敷、涂敷或施加到牙齒上。然后啟動(dòng)牙刷的發(fā)光單元，將發(fā)出的光導(dǎo)向所施用的組合物。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各種漂白技術(shù)包括變體策略，在這些策略中，在將組合物施加到牙齒表面之前、過程中或之后將光導(dǎo)向牙齒表面。優(yōu)選地，在光連續(xù)照射被施用到需要牙齒表面的組合物時(shí)進(jìn)行刷洗操作。
該漂白方法僅是示例性的。本發(fā)明包括寬種類的漂白技術(shù)。另外，應(yīng)當(dāng)考慮到，在漂白操作之前、過程中或之后可進(jìn)行常規(guī)刷洗操作。
以上參考多個(gè)實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。很顯然，在閱讀和理解本說明書后可對(duì)其進(jìn)行修改和改變。例如，任意數(shù)量的刷毛載體和刷毛模式可與多個(gè)LED一起用于本發(fā)明。因此，本發(fā)明的各種修改及變化只要在所附權(quán)利要求書或其等同物范圍內(nèi)，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光電動(dòng)牙刷(10，400，1010)，所述電動(dòng)牙刷包括(a)柄部(12，1012)、頭部(16，316，416，516，616，716，816，1016)和在所述柄部和所述頭部之間延伸的頸桿(14，314，414，514，814，1014)，所述柄部具有中空內(nèi)部區(qū)域(30)，所述頭部具有設(shè)置于其上的刷毛(632，732，832，834)，并且所述電動(dòng)牙刷具有縱向軸線(19)；(b)至少一個(gè)設(shè)置在所述頭部上的發(fā)光二極管(75，575，675，775，875，1075)，其中所述發(fā)光二極管由電流驅(qū)動(dòng)；(c)設(shè)置在所述頭部上的一個(gè)或多個(gè)活動(dòng)刷毛載體(20，320，420，520，820，1020)，所述活動(dòng)刷毛載體具有多個(gè)設(shè)置于其上的刷毛；和(d)設(shè)置在所述中空內(nèi)部區(qū)域中的馬達(dá)，其中所述馬達(dá)(32)通過傳動(dòng)軸(44)可操作地連接到所述活動(dòng)刷毛載體。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光電動(dòng)牙刷，其中當(dāng)檢測器距離(1200)為0.68cm且檢測器孔(1201)的面積為0.46cm2時(shí)，所述光通量密度介于30mW/cm2和300mW/cm2之間，并且其中當(dāng)發(fā)射距離(1303)為0.68cm且發(fā)射時(shí)間為2分鐘時(shí)，所述發(fā)光二極管具有的發(fā)射溫度小于43℃。
3.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)光電動(dòng)牙刷，其中所述發(fā)光二極管的功率消耗小于1瓦。
4.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)光電動(dòng)牙刷，其中一個(gè)發(fā)光二極管發(fā)射半角小于50°的光。
5.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)光電動(dòng)牙刷，其中所述牙刷還包括一個(gè)電流驅(qū)動(dòng)器(94)，所述電流驅(qū)動(dòng)器將大于35mA的電流遞送給所述發(fā)光二極管，并且其中所述馬達(dá)、所述驅(qū)動(dòng)器和所述電池以及所述發(fā)光二極管均為電路的一部分。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光電動(dòng)牙刷，其中所述電流為大于35mA的連續(xù)正向電流。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光電動(dòng)牙刷，其中所述電流為大于100mA的脈沖正向電流。
8.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)光電動(dòng)牙刷，其中所述發(fā)光二極管基本上被一圈刷毛環(huán)繞。
9.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)光電動(dòng)牙刷，其中所述發(fā)光二極管包括至少兩個(gè)具有發(fā)光特性的半導(dǎo)體基質(zhì)(5，17)和一個(gè)共用透鏡(3)。
10.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)光電動(dòng)牙刷，其中所述發(fā)光二極管發(fā)射波長為440nm至480nm的光。
全文摘要
包括發(fā)出光通量密度為至少約30mW/cm
文檔編號(hào)A61C19/06GK1842307SQ200480024602
公開日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月9日
發(fā)明者A·M·平葉耶夫, C·K·高希, J·G·錢, 王平 申請(qǐng)人:寶潔公司