Устройство ухода за полостью рта с возможностью использования электрического напряжения
Устройство ухода за полостью рта для получения химического вещества in situ снаружи устройства содержит головную часть с областью чистящих элементов, источник напряжения и первый комплект электродов, расположенный на головной части в пределах области чистящих элементов и электрически связанный с источником напряжения. Первый комплект электродов содержит первый катод и первый анод, между которыми имеется первый электрический потенциал при приеме электрического заряда от источника напряжения. Химическое вещество формируется in situ при контакте с водным электролитом при приложении первого электрического потенциала. Предусмотрены также зубная щетка, способ чистки зубов, способ получения озона и генератор окисляющего вещества. Изобретение обеспечивает повышение качества ухода за полостью рта. 3 н. и 41 з.п. ф-лы, 19 ил.
По заявке заявлен приоритет предварительной заявки на патент US № 60/726732 от 14 октября 2005 года.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству и способу образования химического вещества in situ. В частности, настоящее изобретение относится к устройству, такому как зубная щетка, которая генерирует химическое вещество in situ посредством подведения электрического потенциала к паре проводников, контактирующих с раствором электролита.
Уровень техники
Изделия ухода за полостью рта включают в себя различные химические вещества, которые выполняют множество функций. Например, зубные пасты, жидкости для полоскания рта и отбеливающие средства включают в себя химические вещества, которые помогают чистить зубы, уничтожать бактерии, освежать дыхание и/или отбеливать зубы. Эти средства обычно объединены с устройством, таким как зубная щетка, устройство для локального применения лекарственного средства или скребок для чистки языка, для выполнения их основных функций. Кроме того, химические вещества в этих средствах могут приносить дополнительную пользу, например обеспечение приятных запахов или ароматов.
Многие средства ухода за полостью рта являются многофункциональными. Например, обыкновенная зубная паста разработана для выполнения множества функций, таких как чистка зубов, удаление зубного камня, обеспечение защиты фтористой обработкой, освежение дыхания и отбеливание зубов. По существу, концентрации и типы химических веществ в средствах ухода ограничиваются соображениями химического взаимодействия и соображениями химической стойкости во время длительного хранения.
Средства ухода за полостью рта, предназначенные для отбеливания зубов, включают в себя окисляющее вещество в качестве основного активного ингредиента, такого как пероксид водорода (перекись водорода). Эти средства изготавливают по рецептуре в виде жидкостей, паст или гелей для обработки зубов пользователей. При хранении эти средства со временем теряют свою эффективность отбеливания. Кроме того, эти средства имеют короткий срок действия, когда их применяют для обработки зубов в полости рта. Например, слюна содержит гемсодержащий фермент - каталазу высокой концентрации, которая при контакте быстро разлагает пероксид водорода на газообразный кислород и воду, поэтому есть только временный контакт пероксидного отбеливающего вещества с зубами. Кроме того, малая вязкость водных растворов пероксида не дает возможность пероксидному отбеливающему веществу оставаться в контакте с зубами так долго, сколько это необходимо для осуществления реального отбеливания, из-за постоянного омывающего действия слюны. По существу, желательно иметь высокие концентрации окисляющих веществ или эффективных окислителей, наносимых непосредственно на зубы.
Известны зубные щетки, которые генерируют полезные вещества, включая окисляющие вещества, когда это необходимо во время чистки щеткой. В патенте US 5921251 раскрыта зубная щетка, в которой полезные вещества для ухода за полостью рта образуются внутри зубной щетки, когда это требуется во время чистки зубов, и посредством которой они доставляются к зубам пользователя сразу после их образования. В указанной зубной щетке жидкость образуется в ручке зубной щетки, указанная жидкость содержит окисляющее вещество, доставляемое к щетинкам зубной щетки. Вещество образуется посредством электрохимического, газогенерирующего, гальванического элемента в ручке зубной щетки или посредством фотоэлектрохимического элемента в ручке.
В этой зубной щетке полезные вещества не образуются локально in situ применения, напротив, они образуются внутри и затем доставляются на место применения. В этой зубной щетке полезные вещества образуются из электролита, находящегося в ручке зубной щетки (использованием ее электрохимического газогенератора), или из катализатора, находящегося внутри ручки, посредством применения света от внутреннего источника света.
Известны также зубные щетки, которые генерируют ионизированные молекулы посредством приложения напряжения к концам электродов на ручке зубной щетки в контакте с суспензией средства ухода за зубами. В патенте US 6496998; в патентной публикации US 2003/0054321; и в патентной публикации US 2002/0177107 раскрыта зубная щетка, в которой слабокислые фторсодержащие вещества образуются посредством приложения электрического заряда к электродам на ручке зубной щетки в контакте со средством ухода за зубами, содержащим водный фторид натрия. В указанных зубных щетках ионы фтора образуются посредством приложения электрического заряда 3В к водной суспензии, содержащей фторид натрия. Также образуются двухатомный кислород и ионы водорода посредством электролиза воды в суспензии под действием этого же электрического заряда. Ионы водорода соединяются с ионами фтора с образованием слабокислых фторидов (HF), которые понижают количество кислотообразующих (подкисляющих) бактерий в зубном камне. В указанных ссылках не раскрывается зубная щетка, которая генерирует окисляющие вещества, отличающиеся от собственно кислорода посредством приложения электрического заряда к электролиту. Кроме того, в ссылках раскрыто образование кислорода и ионов водорода вдоль ручки зубной щетки, но не раскрыто образование окисляющих веществ in situ их применения в пределах зоны чистящих элементов.
Сущность изобретения
Согласно настоящему изобретению предложено устройство, в котором химическое вещество образуется in situ посредством приложения электрического напряжения к концам пары проводников, контактирующих с электролитическим раствором. В одном варианте осуществления изобретения устройство представляет собой зубную щетку, которая генерирует химические вещества в полости рта пользователя путем приложения электрического потенциала к водному электролиту, такому как суспензия зубной пасты, находящейся во рту. Химические вещества могут включать в себя озон, пероксид водорода или другие субстанции в зависимости от таких факторов, как состав электролита и конструкция зубной щетки. Зубная щетка включает в себя источник напряжения и первый комплект электродов для приложения электрического потенциала к водному электролиту.
В конструкции с низким напряжением зубная щетка может генерировать ионы из водного электролита, такие как ионы кальция, ионы водорода, ионы гидроксида и ионы фтора. В конструкции с более высоким напряжением зубная щетка может генерировать пероксид водорода и озон. В другой конструкции с низким напряжением зубная щетка может включать в себя второй комплект электродов, расположенных около анода первого комплекта электродов. Первый и второй комплекты электродов взаимодействуют для образования водорода, кислорода, ионов, пероксидов и/или озона посредством подведения низкого напряжения к водному электролиту и к образуемому таким образом кислороду. В конструкции с высоким напряжением зубная щетка может генерировать водород, кислород и озон.
Согласно другим аспектам настоящего изобретения предложены способы образования химических веществ in situ в пределах зоны чистящих средств устройства ухода за полостью рта.
Краткое описание чертежей
Эти и другие особенности настоящего изобретения поясняются описанием со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает общий вид зубной щетки, согласно варианту осуществления изобретения;
Фиг.2 - продольный разрез зубной щетки на фиг.1, согласно изобретению;
Фиг.3 - вид спереди головной части зубной щетки, согласно изобретению;
Фиг.4 - общий вид головной части зубной щетки на фиг.1 и зубов пользователя, согласно изобретению;
Фиг.5 - блок-схему, последовательности операций способа образования химического вещества in situ, согласно варианту осуществления изобретения;
Фиг.6 - вид спереди головной части зубной щетки, согласно другому варианту осуществления изобретения;
Фиг.7 - блок-схему последовательных операций способа получения озона in situ, согласно еще одному варианту осуществления изобретения;
Фиг.8А - вид спереди головной части зубной щетки, согласно другому варианту осуществления изобретения;
Фиг.8B-D - конфигурации электродов в головной части на фиг.8А, согласно вариантам осуществления изобретения;
Фиг.9А-9Е - конфигурации электродов головной части на фиг.8А, согласно другим вариантам осуществления изобретения;
Фиг.10А - общий вид спереди головной части зубной щетки, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.10В - общий вид спереди головной части на фиг.10А в увеличенном виде, согласно изобретению;
Фиг.10С - общий вид сзади головной части на фиг.10А, согласно изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Зубная щетка 100 с образованием химических веществ in situ изображена на фиг.1-4. In situ (на месте) означает место применения химического вещества, например, в пределах зоны чистящих веществ устройства для нанесения, и/или близко к месту применения химического вещества. Хотя варианты осуществления изобретения отображены на сопровождающих чертежах, подразумевается, что особенности изобретения могут быть применимы для множества разных устройств, которые могут использоваться или работать с химическими веществами. Например, изобретение может быть использовано в скребковых приспособлениях для чистки языка, аппликаторах отбеливающего вещества зубов, стимуляторах десен и т.д. Кроме того, изобретение может быть использовано для множества разных других устройств с электрическим приводом. В других щетках, таких как щетки для мытья рук, могут использоваться преимущества данного изобретения, как могли бы использоваться в устройствах для обработки, чистки и мытья, таких как губки (например, для получения очищающего средства), в устройствах для ухода и чистки, таких как бритвы (например, для получения средства, смягчающего кожу), в устройствах для ухода за больными, таких как устройства для очищения раны (например, для получения дезинфицирующего средства), в устройствах для обработки, таких как посудомоечные машины или стиральные машины (например, для получения отбеливающего средства), и т.д.
Зубная щетка 100 (фиг.1) содержит головную часть 102 на одном конце, несущем чистящие элементы, такие как щетинки 104, и ручку 106 на противоположном конце. Ручка 106 имеет одно или более отделений для размещения источника 108 напряжения, такого как аккумуляторный элемент или конденсатор. Источник 108 напряжения электрически соединен с комплектом 110 посредством электродов переключателя 112. Электроды 110 расположены в головной части 102 в пределах чистящих элементов, которые в настоящей конфигурации в основном включают в себя щетинки 104. При таком расположении электроды 110 способны входить в контакт с электролитом в пределах полости рта пользователя и генерировать химические вещества in situ применения веществ. Электролит может включать в себя только слюну, средство для ухода за зубами в присутствии слюны, и/или смеси слюны, средств ухода за зубами и токопроводящих веществ, таких как соли, которые повышают электропроводность водного раствора. Хотя зубная щетка изображена с неподвижной головной частью, очевидно, что зубная щетка 100 может иметь множество конфигураций.
Источник 108 напряжения подключен с помощью электрического соединения к электродам 110 для обеспечения подведения электрического потенциала к электродам. Как более подробно описано ниже, подведение электрического потенциала в присутствии электролита необходимо для образования химических веществ in situ. Другими словами, щетка генерирует химические вещества при нахождении в ротовой полости посредством электролиза in situ применения веществ.
Зубная щетка 100 может генерировать химические вещества различными способами в зависимости от таких факторов, как конфигурация зубной щетки, электрический потенциал, подводимый к электродам 110, состав электролита, состав электродов 110 и т.д. Например, при наличии только слюны зубная щетка может генерировать водород, кислород, пероксид и озон в зависимости от таких факторов, как напряжение, подводимое к электродам 110, расстояние, разделяющее катод 114 и анод 116 электродов 110 (фиг.3) и состав электродов. При наличии ионных соединений, таких как хлорид натрия, хлорид калия или кальций карбонат, которые могут содержаться в водном средстве ухода за зубами, могут генерироваться такие химические вещества, как хлор или кальций. В другом примере, при наличии средства ухода за зубами, содержащего активируемое химическое вещество, которое хранится в неактивном состоянии, химическое вещество может быть получено активированием посредством электрического заряда.
Источник 108 (фиг.2) напряжения соединен с электродами 110 посредством положительного провода 118 и отрицательного провода 120. Положительный провод 118 соединен с анодом 116 (фиг.3), а отрицательный провод 120 соединен с катодом 114. Переключатель 112 подключен с помощью электрического соединения к положительному проводу 118 для прерывания электрической связи с анодом 116 по желанию пользователя. Очевидно, однако, что переключатель 112 может быть сконфигурирован для электрического прерывания отрицательной цепи 120 или обеих цепей. Кроме того, очевидно, что переключатель 112 может иметь множество положений для установок различного напряжения, которые могут быть подходящими для различного применения, например для использования с различными электролитами, и/или для образования различных химических веществ в зависимости от положения установки подведенного напряжения. Например, установка высокого напряжения может быть подходящей для использования только слюны для образования озона из воды, как описано более подробно ниже, а установка низкого напряжения может быть подходящей для использования со средством ухода за зубами, содержащим хлорид калия для образования хлора in situ, как также описано ниже. В другом образце при установке низкого напряжения может быть образовано одно или более химических веществ при низком напряжении, таких как кислород и ионы водорода, при наличии водного средства ухода за зубами, а при установке высокого напряжения может быть образовано одно или более вторичных химических веществ при высоком напряжении, таких как озон, в дополнение к кислороду и ионам водорода. Напряжение можно регулировать известными способами регулирования напряжения, путем введения в электрическую схему потенциометра, трансформатора и/или регулятора напряжения.
Источник 108 напряжения может быть сменным источником питания, таким как обычный источник питания ААА, который может быть заменен через крышку 122, которая обеспечивает доступ в отделение для элемента питания. Источник напряжения также может быть встроенным электрическим аккумулирующим устройством, таким как конденсатор или аккумуляторная батарея, и он также может быть встроенным разовым источником питания для конструкции разовой зубной щетки. В других конструкциях источник 108 напряжения может включать в себя источник переменного электрического тока (не показан).
Электроды 110 изображены расположенными в пределах зоны щетинок 104, эта конструкция обеспечивает преимущество в образовании химических веществ in situ применения, где зубная щетка контактирует с зубами пользователя и где должны размещаться средства ухода за зубами во время применения. Кроме того, размещение электродов в непосредственной близости друг к другу в пределах зоны щетинок создает локализованное электрическое поле между электродами во время применения, которые вряд ли будут в контакте с пользователем, но которые вероятно будут соединяться со слюной и средством ухода за зубами. Очевидно, что зубная щетка 100 может включать в себя другие, кроме щетины, чистящие элементы, а электроды могут быть встроены в альтернативные элементы (например, вертикальная стенка, изготовленная из токопроводящего полимера). Кроме того, очевидно, что электроды могут быть выполнены в виде чистящих элементов или деталей чистящих элементов. Например, электроды могут быть выполнены в виде щетины или других чистящих элементов или могут быть выполнены в виде деталей чистящих элементов, таких как базовая часть щетины.
Электроды 110 (фиг.2) являются относительно короткими по сравнению с высотой щетинок 104, что может уменьшать возможность контакта пользователя с электродами. Возможность контакта пользователя с электродами во время пользования щеткой может быть незначительной посредством использования небольших по высоте электродов и окружения их щетинками или другим средством, которые ограничивают возможность контакта с пользователем. Хотя может быть нет необходимости в ограничении контакта пользователя с электродами во время пользования щеткой, например в конфигурациях с низким напряжением, такое выполнение может быть желательным во избежание дискомфорта для пользователя из-за возможности получить электрический разряд. Возможность контакта пользователя с электродами может быть также снижена другими способами, такими как заделывание их в выемку в головке зубной щетки или посредством размещения их в канале по головке, через который может поступать электролит, как это показано в конфигурациях на фиг.10А-10С.
Катод 114 (фиг.3) и анод 116 расположены друг от друга на расстоянии D. В одной конфигурации расстояние D составляет от 0,1 до 10 мм, приложенное напряжение составляет от 0,2 до 400 V, а электроды имеют открытый участок внешней поверхности площадью от 0,2 до 5 квадратных сантиметров. Такая конфигурация может обеспечить подходящую плотность электрического тока между электродами от 3000 до 30000 ампер на квадратный сантиметр в зависимости от ионной электропроводности электролита, которая может быть от 0,1 до 100 сименс на метр. В одной предпочтительной конфигурации расстояние D составляет от 1,5 до 3,5 мм для использования с приложенным напряжением от 0,2 до 9 вольт при наличии электролита, имеющего электропроводность от 0,4 до 10 сименс на метр. Такая конфигурация может обеспечивать подходящие количества одного или более окисляющих веществ в зависимости от состава электролита.
При эксплуатации электрический потенциал подводится к электродам 110 для создания локализованного электрического поля между ними. Цепь является замкнутой тогда, когда электроды находятся в контакте с электролитом 124 (фиг.4), который обеспечивает электропроводность между катодом 114 и анодом 116. Когда катод 114 соединен с отрицательным проводом 120, он обеспечивает электроны для электролита 124 и, следовательно, притягивает положительно заряженные молекулы. Аналогично, анод 116 соединен с положительным проводом 118 и имеет положительный заряд, который притягивает электроны, который, следовательно, притягивает отрицательно заряженные молекулы. Электролит создает замкнутую электрическую цепь посредством подведения заряженных молекул (ионов) к электродам и/или посредством перемещения электронов от катода к аноду.
Электроды 110 могут быть изготовлены из металла, такого как медь, сталь или платина, или другого токопроводящего материала, такого как полупроводники, графит, графитовые волокнистые материалы, стеклоуглеродные материалы, органические токопроводящие материалы, хлористое серебро, или полимерные токопроводящие материалы, и т.д. Кроме того, электроды 110 могут включать в себя относительно непроводящие материалы на одном или более токопроводящих участках. Например, базовый материал, подобный полимеру, может быть выполнен с покрытием из материала с большей электропроводностью, такого как графитовый волокнистый материал. В другом образце, токопроводящий материал наподобие медного провода может быть заделан или помещен на подложку, такую как крупнополимерная структура. Оба электрода могут быть изготовлены из того же самого материала или они могут изготавливаться из различных материалов и/или иметь различные конфигурации.
В одной конфигурации анод 116 изготовлен из смешанного оксида металла или оксида тяжелого металла, которые уменьшают или прекращают образование газообразного хлора во время использования с электролитом, который включает в себя ионы хлора или химические соединения, содержащие атомы хлора в различных формах. Хотя хлор в водных растворах, таких как хлористая кислота, может быть сильным дезинфицирующим и окисляющим средством, газообразный хлор может быть опасным и имеет сильный запах. Желательно избегать образования газообразного хлора, в то же время предоставляя возможность хлору существовать в водном растворе в полости рта для облегчения чистки и/или отбеливания зубов пользователя. Анод 116 может содержать окисел тяжелого металла для уменьшения или прекращения образования газообразного хлора, такого как диоксид титана, который высвобождает соль Ti+ тогда, когда электрический заряд подводится к концам электродов. Соль тяжелого металла Ti+ может действовать как льюисовская кислота для связывания с атомами хлора для прекращения образования газообразного хлора. Например, Ti+ может соединяться с атомами хлора для образования тетрахлорида титана. Хотя тетрахлорид титана может впоследствии вступать в реакцию с водой в полости рта пользователя для образования соляной (хлористо-водородной) кислоты, образование газообразного хлора, тем не менее, прекратится. Кроме того, соляная (хлористо-водородная) кислота может быть использована для очищения зубов пользователя и/или проникновения внутрь эмали.
В другой конфигурации анод 116 изготовлен из стеклоуглеродного материала, такого как стеклоуглеродный электрод, который также может уменьшать или прекращать образование газообразного хлора при использовании с электролитом, который включает в себя ионы хлорида или соединения, включающие в себя атомы хлора в различных видах. Стеклоуглерод не является графитирующим углем плотной структуры, который в общем непроницаем для газов, таких как газообразный хлор, и является относительно инертным. Стеклоуглерод особенно предпочтителен для редуктивного дехлорирования хлоридных субстанций в средстве ухода за зубами путем захвата из них электронов при использовании в качестве анода 116. Таким образом, пригодные химические вещества, которые включают в себя атомы хлора, такие как соляная (хлористоводородная) кислота или хлористая кислота, могут использоваться для предполагаемого получения преимущества при дезинфекции и окислении без образования значительного количества газообразного хлора, если это имеет место.
На Фиг.4 показано использование зубной щетки 100 для чистки и/или отбеливания зубов 126 пользователя. В низковольтной конфигурации зубная щетка 100 может использоваться для образования химических веществ посредством электролиза электролита, который включает в себя слюну и по выбору другие субстанции. Образование веществ зависит от состава электролита 124 и подведенного к нему заряда. Например, при подведении электрического напряжения от 0,5 до 1,1 вольт или более к концам электродов 110 из стеклоуглеродного материала для анода 116 в присутствии слюны генерируется водород на катоде 114 и кислород на аноде 116 согласно известным принципам электролиза воды. Газообразный кислород оказывает благоприятное воздействие на десны пользователя и обеспечивает пациенту ощущение свежести. Кроме того, кислород является слабым окислителем, который оказывает дезинфицирующее и отбеливающее действие на зубы 126 пациента. Кроме того, как газообразный водород, так и газообразный кислород, создают пузырьки 128, которые обеспечивают пациенту чувственное восприятие, когда пузырьки ударяют по деснам пользователя.
Кроме водорода и кислорода другие химические вещества могут быть образованы при подведении электрического напряжения 1,5 вольта в зависимости от состава электролита 124. Например, если электролит 124 является средством ухода за зубами, таким как зубная паста на водной основе, содержащая хлорид калия или хлорид натрия, то газообразный хлор или гипохлорит могут образовываться в полости рта пользователя. Когда к электролиту 124 подводится электрическое напряжение, отрицательно заряженный ион хлора получает электрон на катоде 114 для образования газообразного хлора или гипохлорита (также известного как хлорноватистая кислота). Если присутствует хлорид натрия, то можно получить гипохлорит натрия, который обычно известен как бытовой отбеливатель. Газообразный хлор, гипохлорит и гипохлорит натрия обеспечивают эффект отбеливания, дезинфицирования и дезодорирования в полости рта пользователя.
Очевидно, что другие химические вещества могут использоваться в электролите 124 для получения требуемых химических веществ. Другой пример, наличие карбоната кальция в электролите 124 может создать возможность образования кальция, который может укреплять зубы пациента. Многие из этих химических веществ являются солями, которые обеспечивают дополнительное благоприятное действие по усилению электрической проводимости электролита 124 по сравнению с одной только водой. Наличие солей в электролите улучшает интенсивность воды и общую эффективность электродов, что повышает интенсивность выработки кислорода и водорода. Соли и другие влияющие на электропроводность вещества могут дополнительно вноситься в электролит, эти вещества не используются для получения химических веществ, но влияют на проводимость электролита с тем, чтобы повысить его электропроводность.
В конфигурации с высоким напряжением один комплект электродов 110 может образовывать озон (О3) из водного электролита 124. Например, потенциал около 9В или более к концам электродов 110 может генерировать озон только из слюны или из водного электролита, содержащего соль. Озон является сильным окислителем, который эффективен для отбеливания зубов 126 и для дезинфицирования полости рта пользователя. Озон получают при разряде электричества в присутствии кислорода. Таким образом, зубная щетка 100 может генерировать озон путем получения первоначально кислорода путем электролиза воды, когда электрическое напряжение подводится к электродам 110. Озон образуется впоследствии тогда, когда такое же напряжение подводится к кислороду. Более высокое напряжение используется для одного комплекта электродов, которые оба задействованы в электролизе воды для получения кислорода и подводят заряд к кислороду для образования озона, или оно используется для одного комплекта электродов, который выполняет одну из этих функций. Как описано ниже, более низкое напряжение может использоваться в конфигурациях, имеющих разные комплекты электродов, которые взаимодействуют для электролиза воды и образования озона.
В зависимости от своего состава однорядный комплект электродов 110 может генерировать пероксид водорода из водного электролита 124 при конфигурации с высоким напряжением. Например, пероксид водорода может образовываться при подведении электрического напряжения 9В в присутствии водного раствора серной кислоты (H2SO4) или бисульфата кислого аммониума (NH4HSO4). В этом процессе при электролизе электролита 124, содержащего одну из этих субстанций, получают пероксидисульфат ((SO4)2). При гидролизе пероксидисульфата, в котором молекула разделяется на две части посредством присоединения одной молекулы воды, образуется пероксид водорода (Н2О2). Пероксид водорода является также сильным окислителем, который эффективен для отбеливания зубов 126 и для дезинфекции полости рта пользователя.
Образование сильных окислителей, таких как озон и пероксид водорода in situ, дает много преимуществ. Одно преимущество состоит в том, что эти вещества не требуют стабилизации для хранения, так как их используют по мере их получения. Это может быть эффективным благодаря свойству неустойчивости этих веществ. Например, озон является очень неустойчивым и, естественно, разлагается на обычный кислород по реакции 2О3→О2+энергия. Интенсивность разложения зависит от температуры и концентрации пероксида, так же как от наличия примесей и стабилизирующих присадок. Так как пероксид несовместим со многими веществами и его разложение может ускоряться различными катализаторами, то трудно получить химический состав для длительного хранения, который будет иметь высокую концентрацию пероксида при его использовании. Например, трудно изготовить средство ухода за зубами, которое сохраняет требуемую концентрацию пероксида после продолжительного хранения. Многие обычные средства ухода за зубами предназначены для выполнения множества функций, таких как снятие плотных зубных отложений, освежение дыхания, уничтожение бактерий, нанесение соединений фтора на зубы и чистка зубов в целом. Средства ухода за зубами могут включать в себя химические соединения, предназначенные для других целей, которые могут быть несовместимы с хранением пероксидов.
Ниже со ссылкой на фиг.5 описаны этапы способа 200 применения щетки 100, описанной выше. Однако очевидно, что способ 200 можно применять на практике с большим количеством разнообразных устройств.
Способ 200 содержит стадию 202, на которой размещают электролит в местоположении, где требуется нанесение химического вещества. Электролитом может быть любая субстанция, которая проводит электричество в растворе, такая как жидкость, гель или даже твердый раствор, и которая подходит для требуемого местоположения и образования химического вещества, которое необходимо получить. Например, простое слюноотделение может быть источником соответствующего электролита для заданного местоположения (полость рта пользователя). На стадии 204 осуществляют установку электродов устройства, таких как электроды 110, в контакте с электролитом. На стадии 206 подводят электрический потенциал к концам электродов, причем электроды находятся в контакте с электролитом. Это приводит к образованию химического вещества в определенном месте, где оно должно использоваться. На стадии 208 устройство используют в заданном местоположении совместно с получаемым химическим веществом. Таким образом, вещество получают in situ и его можно использовать немедленно.
На фиг.6 показана зубная щетка 300 для подтверждения одного или более вариантов воплощения изобретения. Зубная щетка 300 в целом содержит те же признаки, как и зубная щетка 100, за исключением описанного ниже. Зубная щетка 300 отличается от зубной щетки 100 тем, что она содержит второй комплект электродов 360, расположенных близко к аноду 116. Электроды 360 включают в себя катод 362 и анод 364, которые соответственно соединены с отрицательной клеммой и положительной клеммой источника 108 напряжения. Катод 362 имеет отрицательный заряд во время использования, а анод 364 имеет положительный заряд. Возможны другие конфигурации электродов, однако размещение электродов 360 близко к аноду 116, где образуется кислород, позволяет зубной щетке 300 генерировать озон при низком напряжении. Это обеспечивается благодаря тому, что второй комплект электродов 360 может подводить электрический заряд непосредственно к кислороду, образуемому у анода 116, во время электролиза воды. Это позволяет получать озон без потребности в более высоком напряжении, необходимом и для электролиза воды, и для образования озона, при наличии одного комплекта электродов.
Например, электрический потенциал около 1,5В или более подводят к электродам 110 в присутствии водного электролита, содержащего соль. Это приводит к образованию кислорода у анода 116. Озон может образовываться при подводе электрического заряда около 0,7В или более к кислороду, полученному у анода 116. Таким образом, озон может быть получен в полости рта пользователя посредством зубной щетки 300 с применением небольшого электрического заряда. Поддержание подведенного напряжения на низком уровне может уменьшить возможность почувствовать подведенный электрический заряд, что может быть нежелательно для многих пользователей. Кроме того, удержание напряжения на низком уровне для зубной щетки 300 позволяет использовать источник напряжения небольшой емкости и продлить срок службы источника напряжения, чем при конфигурации с более высоким напряжением.
Благодаря разности электрических потенциалов, подводимых к электродам 110 и 360, резистор или другое устройство регулирования напряжения можно включать в зубную щетку 300 для подвода более низкого электрического напряжения к электродам 360, чем к электродам 110. Очевидно, что конфигурации с различным электрическим напряжением возможны для альтернативных конфигураций электродов и что к электродам 110 и 360 может подводиться такой электрический потенциал (например, 1,5В можно подводить к обоим комплектам электродов для электролиза воды и образования озона). Переключатель 112 (фиг.1 и 2) может иметь первое положение только для приведения в действие электродов 110 при первом напряжении (например, низком напряжении) и может иметь второе положение для приведения в действие электродов 110 при втором напряжении (например, высоком напряжении). Он может также иметь третье положение для приведения в действие электродов 360 при третьем напряжении, если электроды 110 находятся при четвертом напряжении.
На фиг.7 показаны этапы способа 400 для образования озона in situ в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. Способ 400 описан при использовании зубной щетки 300, описанной выше. Однако очевидно, что способ 400 может применяться с большим количеством различных устройств. Способ 400 включает в себя стадию 402 образования кислорода у анода 116 первого комплекта электродов 110 путем электролиза воды. Способ, кроме того, включает в себя стадию 404, на которой подводят электрический заряд к кислороду, что может быть выполнено посредством второго комплекта электродов 360, причем близко у анода. Это приводит к превращению кислорода в озон, который образуется в полости рта пользователя для незамедлительного применения.
Зубная щетка 800 (фиг.8А) изображена для подтверждения одного или более аспектов изобретения. Зубная щетка 800 в целом содержит те же признаки, что и зубная щетка 100, за исключением описанного ниже. Зубная щетка 800 отличается от зубной щетки 100 тем, что электроды 810 являются продольно ориентированными, по существу, параллельно продольной оси ручки. Электроды 810 содержат катод 816, расположенный от анода 814 на расстоянии D1, которое, в общем случае, может быть таким же, как расстояние D на фиг.3. Такое расположение предпочтительно для заделывания электродов более плотно на участке со щетинками или другими чистящими элементами 804, чем в конфигурации на фиг.3.
На Фиг.8В-8С показаны альтернативные конфигурации электродов, которые могут использоваться с зубной щеткой 800 или отдельно, или в комбинации с другими комплектами щетинок. Каждая из этих конфигураций содержит один анод среди множества катодов. Однако могут использоваться другие отличные конфигурации, в которых один катод установлен среди множества анодов. Кроме того, в отличие от одного анода или катода, множество анодов или катодов также могут использоваться с множеством электродов с противоположным зарядом для образования различных требуемых устройств. Кроме того, в этих и других конфигурациях могут применяться варианты зубной щетки 800 с переменным током, так что противоположно заряженные электроды циклически меняют заряд между положительным и отрицательным (с изменением по направлению) и/или различной величиной положительных и/или отрицательных зарядов (с изменением по силе).
Конфигурация на фиг.8В содержит пару катодов 826, расположенных около анода 824 на расстоянии D2, которое, по существу, может быть таким же, как расстояние D на фиг.3. Пара катодов 826 может находиться с противоположных сторон относительно анода 824 и может быть в целом продольно ориентированной, по существу, параллельно продольной оси ручки. Однако пара катодов и их положение могут иметь различные схемы расположения. Конфигурация на фиг.8В обеспечивает компактное расположение электродов 820, которые могут быть размещены вблизи центра участка 804 щетины. Конфигурация на фиг.8В или подобные конфигурации с использованием множества катодов, расположенных около анода, могут увеличивать размер электрического поля между противоположно заряженными электродами посредством множества катодов.
Конфигурация на фиг.8С включает в себя три катода 836, расположенных около анода 834 на расстоянии D3, которое обычно может быть таким же, как расстояние D на фиг.3. Катоды могут быть расположены на таком же расстоянии D3 от анода или они могут иметь изменяемое расстояние от анода. Различные расстояния между каждым катодом и анодом могут обеспечивать между ними электрические поля различной напряженности, что может быть предпочтительным для образования различных веществ и/или различных концентраций веществ между расположенными на разном расстоянии комплектами анод-катод. Конфигурация фиг.8С также обеспечивает компактное расположение электродов 830 вблизи центрального участка 804 щетины.
Конфигурация на фиг.8D содержит четыре катода 846, расположенных около анода 844 на расстоянии D4, которое обычно может быть таким же, как расстояние D на фиг.3. Катоды могут быть расположены на таком же расстоянии D4 от анода или они могут иметь изменяемое расстояние от анода. Предпочтительно расстояние D4 меньше, чем расстояние D5 между соседними катодами, чтобы обеспечивать достаточную напряженность электрического поля для каждого комплекта катод-анод. Конфигурация на фиг.8D также обеспечивает компактное расположение электродов 840, которые могут быть размещены вблизи центрального участка 804 щетины.
На фиг. 9А-9Е показаны дополнительные электродные конфигурации 910, 920, 930, 940, 950, которые могут использоваться с зубной щеткой 800 или отдельно, или в комбинации с другими комплектами щетинок. Эти конфигурации обычно имеют такие же особенности, как на фиг.8А-8С, за исключением того, что описано ниже. На фиг.9А-9С показаны конфигурации 910, 920, 930, которые могут быть расположены частично или полностью в пределах участка 804 щетины на фиг.8А. Конфигурации на фиг.9А-9С включают в себя обычно столбчатый первый электрод 954, который является анодом 944, при этом одна или более электродных пластин 956 являются катодами. Применение электродных пластин может быть преимущественным для размера электрического поля между противоположно заряженными электродами и, следовательно, может увеличивать количество химических веществ в этой области во время использования зубной щетки.
На фиг.9D показано использование электродных пластин для обоих противоположно заряженных электродов, которые, кроме того, увеличивают размер электрического поля между ними. Конфигурация, показанная на фиг.9D, является конфигурацией 940 с зацеплением в замок, в котором анодные пластины 954 находятся в частичном зацеплении с малым шагом с катодными пластинами 956. Такая конфигурация может обеспечивать высокую напряженность электрических полей между противоположно заряженными электродами, так же как и обеспечивать значительные площади поверхностей между электродами для создания больших электрических полей.
На фиг.9D показана круговая конфигурация 950 между электродами, в которой первый электрод (например, столбчатый анод 964) частично или полностью окружен одним или более вторым электродом (например, цилиндрический катод 966). Такая конфигурация обеспечивает электрическое поле высокой напряженности между электродами. Кроме того, такая конфигурация может быть эффективной для удерживания электрического поля между электродами во избежание случайного контакта с тканью в полости рта пользователя.
Зубная щетка 1000 на фиг.10А-10С изображена для подтверждения одного или более аспектов изобретения. Зубная щетка 1000 содержит те же признаки, что и зубные щетки 100 и 800, за исключением того, что описано ниже. Зубная щетка 1000 отличается от зубных щеток 100 и 800 тем, что электроды 1014 и 1016 расположены внутри канала 1018, образованного внутри головной части 1002 зубной щетки. Канал 1018 может усиливать поток слюны и средства ухода за зубами между электродами во время использования и, таким образом, увеличивать количество образуемых веществ по сравнению с конфигурациями, в которых канал отсутствует.
Предпочтительно, чтобы одна сторона канала была расположена в пределах зоны чистящих элементов 1004, так что вещества образуются in situ в пределах зоны чистящих элементов вблизи места применения. В качестве примера на фиг.10С показаны химические вещества, образуемые в пределах зоны чистящих элементов 1004 in situ применения на зубах пользователя. Такая конфигурация предпочтительна во избежание контакта ткани в полости рта пользователя и электродами и электрическими полями между ними и для ограничения электрических полей до области в пределах головной части зубной щетки.
Тогда как настоящее изобретение описано в связи с проиллюстрированными вариантами осуществления изобретения, очевидно, что усовершенствования могут выполняться без выхода за пределы сущности и объема изобретения. В частности, изобретение применимо для многих различных устройств и/или способов его использования.
1. Устройство ухода за полостью рта для получения химического вещества in situ снаружи устройства по уходу за полостью рта, содержащее головную часть, содержащую область чистящих элементов, источник напряжения, и первый комплект электродов, расположенный на головной части в пределах области чистящих элементов и электрически связанный с источником напряжения, причем первый комплект электродов содержит первый катод и первый анод, между которыми имеется первый электрический потенциал при приеме электрического заряда от источника напряжения, при этом химическое вещество формируется in situ при контакте с водным электролитом при приложении первого электрического потенциала.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй комплект электродов, расположенный на головной части и электрически связанный с источником напряжения, причем второй комплект электродов содержит второй катод и второй анод, между которыми имеется второй электрический потенциал при приеме электрического заряда от источника напряжения, причем второй комплект электродов расположен около первого анода, при этом первый анод обеспечивает получение кислорода in situ, когда первый комплект электродов находится в контакте с водным электролитом и получает электрический заряд от источника напряжения, а второй комплект электродов обеспечивает получение окисляющего вещества из кислорода.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что второй электрический потенциал составляет 0,7В или более.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дополнительно содержит переключатель напряжения, имеющий множество положений установки напряжения, выбираемых пользователем.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что положения установки напряжения содержат положение установки первого напряжения для подвода первого электрического потенциала к первому комплекту электродов без приложения электрического потенциала ко второму комплекту электродов, и положение установки второго напряжения для подвода второго электрического потенциала ко второму комплекту электродов при приложении первого электрического потенциала к первому комплекту электродов.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что положения установки напряжения дополнительно содержат положение установки третьего напряжения для подвода третьего электрического потенциала к первому комплекту электродов без приложения электрического потенциала ко второму комплекту электродов.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что окисляющее вещество содержит озон.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый электрический потенциал составляет 1,5В или более.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый электрический потенциал меньше чем 0,7В.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что первый электрический потенциал находится в пределах от 0,25 до 0,55В.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый комплект электродов конфигурирован для прекращения получения хлора при образовании химического вещества.
12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что первый комплект электродов содержит оксид металла.
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что оксид металла содержит диоксид титана.
14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что первый анод первого комплекта электродов содержит стеклоуглерод.
15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит, по меньшей мере, один дополнительный катод на головной части.
16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что головная часть содержит больше катодов, чем анодов.
17. Устройство по п.11, отличающееся тем, что первый катод образует замковое соединение с первым анодом.
18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый анод и первый катод имеют различную форму.
19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что один из электродов является в основном столбчатым и один из электродов имеет форму пластины.
20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что дополнительно содержит множество электродов в форме пластины.
21. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый комплект электродов расположен в открытом канале на головной части.
22. Устройство по п.1, отличающееся тем, что один электрод окружен одним или более другими электродами.
23. Зубная щетка для получения окисляющего вещества in situ, содержащая источник напряжения, конфигурированный для подачи электрического потенциала, головку, область чистящих элементов на лицевой поверхности головки, первый комплект электродов, имеющий анод и катод, выступающие наружу от лицевой поверхности головки и расположенные в области чистящих элементов, причем первый комплект электродов конфигурирован для формирования локализованного электрического поля между анодом и катодом при получении электрического потенциала от источника напряжения и для получения окислителя in situ при контакте электролита с электрическим полем.
24. Зубная щетка по п.23, отличающаяся тем, что электрический потенциал составляет 9В или более, электролит содержит воду и окислителем является озон или пероксид водорода.
25. Зубная щетка по п.23, отличающаяся тем, что электрический потенциал меньше чем 0,7В.
26. Зубная щетка по п.25, отличающаяся тем, что электрический потенциал находится в пределах от 0,25 до 0,55В.
27. Зубная щетка по п.23, отличающаяся тем, что электролит содержит воду, а при этом зубная щетка дополнительно содержит второй комплект электродов, расположенных около анода первого комплекта электродов, причем второй комплект электродов предназначен для получения окислителя in situ с использованием кислорода, полученного у анода первого комплекта электродов при приеме электрического потенциала.
28. Зубная щетка по п.27, отличающаяся тем, что окислитель содержит озон.
29. Способ чистки зубов, заключающийся в том, что размещают область щетины устройства ухода за полостью рта в полости рта пользователя в контакте со слюной, причем устройство ухода за полостью рта имеет первый комплект электродов в пределах указанной области щетины, подводят электрический заряд к концам электродов первого комплекта в присутствии слюны во рту пользователя и получают химическое вещество в полости рта пользователя из электролита, причем химическое вещество выбрано из группы, состоящей из пероксида водорода и озона.
30. Способ по п.29, отличающийся тем, что на стадии получения химическим веществом является озон, а на стадии размещения используют устройство ухода за полостью рта, которое дополнительно содержит второй комплект электродов, расположенный в непосредственной близости к первому аноду первого комплекта электродов, при этом дополнительно получают кислород у первого анода первого комплекта электродов, прикладывают электрический потенциал к концам электродов второго комплекта электродов на стадии получения кислорода.
31. Способ по п.30, отличающийся тем, что для получения кислорода прикладывают электрический потенциал к электродам первого комплекта в присутствии слюны.
32. Способ по п.29, отличающийся тем, что на стадии получения химическим веществом является озон или пероксид водорода и на стадии подвода электрического заряда электролит содержит слюну, а электрический заряд составляет 9В или более.
33. Способ по п.29, отличающийся тем, что на стадии получения химическим веществом является озон или пероксид водорода, а на стадии подвода электрического заряда электролит содержит слюну, а электрический заряд составляет менее 1,0В.
34. Способ получения озона близко к месту применения, заключающийся в том, что размещают анод первого комплекта электродов близко к месту применения, получают кислород у анода и прикладывают электрический потенциал к электродам второго комплекта близко к аноду в присутствии полученного кислорода для получения озона из кислорода.
35. Способ по п.34, отличающийся тем, что для получения кислорода прикладывают электрический потенциал к электродам первого комплекта в присутствии воды.
36. Способ по п.35, отличающийся тем, что на стадии приложения электрического потенциала к электродам первого комплекта электрический потенциал составляет около 1,5В.
37. Способ по п.36, отличающийся тем, что на стадии приложения электрического потенциала к электродам второго комплекта электрический потенциал составляет около 0,7В.
38. Генератор окисляющего вещества для получения окисляющего вещества in situ, содержащий первую часть для контакта с электролитом, размещенным снаружи генератора окисляющего вещества и близко к месту применения окисляющего вещества, источник напряжения для подачи электрического потенциала, первый комплект электродов, расположенный на первой части и электрически связанный с источником напряжения для получения окисляющего вещества при приеме электрического потенциала от источника напряжения, при этом окисляющее вещество выбрано из группы, состоящей из пероксида водорода и озона.
39. Генератор окисляющего вещества по п.38, отличающийся тем, что электрический потенциал составляет 9В или более, а электролит содержит воду.
40. Генератор окисляющего вещества по п.38, отличающийся тем, что генератор окисляющего вещества является устройством ухода за полостью рта.
41. Генератор окисляющего вещества по п.40, отличающийся тем, что дополнительно содержит чистящие элементы на первой части, при этом первый комплект электродов расположен близко к чистящим элементам.
42. Генератор окисляющего вещества по п.38, отличающийся тем, что электролит содержит воду, а генератор окисляющего вещества дополнительно содержит второй комплект электродов, расположенный около анода первого комплекта электродов, причем второй комплект электродов предназначен для получения окислителя при приеме электрического потенциала от источника напряжения, используя кислород, полученный у анода первого комплекта электродов.
43. Генератор окисляющего вещества по п.42, отличающийся тем, что окислитель является озоном.
44. Генератор окисляющего вещества по п.38, отличающийся тем, что источник напряжения содержит аккумуляторную батарею и конденсатор.
