電動歯ブラシ
【課題】 プラークの除去性能に優れ、安価に製造可能で、しかも全体的な口腔清掃能力が高いことは当然のことながら、う蝕や歯周病等の歯科疾患のリスク部位における、その原因であるプラークの除去効果が極めて高い電動歯ブラシを提供する。
【解決手段】 反転往復運動するブラシヘッド３０を有する電動歯ブラシ１０において、ブラシヘッド３０の反転角度θを６５°≦θ≦８５°に設定し、反転スピードＶを５５Ｈｚ≦Ｖ≦７５Ｈｚに設定するか、ブラシヘッド３０の反転角度θを４０°≦θ≦６５°に設定し、反転スピードＶを６５Ｈｚ≦Ｖ≦８５Ｈｚに設定した。
【解決手段】 反転往復運動するブラシヘッド３０を有する電動歯ブラシ１０において、ブラシヘッド３０の反転角度θを６５°≦θ≦８５°に設定し、反転スピードＶを５５Ｈｚ≦Ｖ≦７５Ｈｚに設定するか、ブラシヘッド３０の反転角度θを４０°≦θ≦６５°に設定し、反転スピードＶを６５Ｈｚ≦Ｖ≦８５Ｈｚに設定した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基台に複数の毛束を植設してなるブラシヘッドを反転往復運動するようになした電動歯ブラシに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動歯ブラシとして、モータの回転軸の回転運動をクランク機構やギア機構やカム機構などを介して出力軸の軸方向の往復直線運動に変換し、出力軸の軸方向の往復直線運動をブラシヘッドの反転往復運動に変換するように構成したものが広く実用化されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
一方、駆動方向や振幅やスピードについて工夫、改良を加えることにより、複雑な歯牙や歯列への毛の到達性やそこでの適切な運動状態を実現することにより清掃効果や歯科疾患予防効果の高い電動歯ブラシの開発が検討されている。
【０００４】
特許文献３には、駆動機構の軸方向または軸直角方向に沿って往復運動する場合、その変位量が３〜７ｍｍである電動歯ブラシが開示されている。特許文献４、５にはストロークの幅がそれぞれ５ｍｍ以上、０．５ｍｍ〜５ｍｍである本体軸方向への往復直線運動をする電動歯ブラシが開示されている。しかし、その駆動は直線的な運動に限られる。
【０００５】
特許文献６には、毛の運動を歯磨き流体に伝え、毛先が接触する更にその先まで洗浄作用を生み出すべく、毛先の先端の速度が、約１．５ｍ／秒以上の速度で運動する音波式電動歯ブラシが開示されているが、駆動の回転方向への要素は考慮されていない。
【０００６】
特許文献７には、モータ駆動時に振動を発生される偏心錘をモーターに取り付けた電動歯ブラシが記載されている。この電動歯ブラシは、そのモーターが毎分６０００〜８０００回で回転することにより、毎分６０００〜８０００回の振動を発生させることにより、歯磨き時の不快感を低減し、歯磨き効果を向上させるとともに振動により歯ぐきのマッサージ効果も同時に実現することが開示されている。偏心部材を用いた駆動機構に関しては、特許文献８にも記載があり、その振動数が毎分１７０００〜２４０００回であることが開示されている。しかしその駆動方向は、歯ブラシの軸方向に対して直角かつ微細な円運動である。
【０００７】
このようにいろいろな駆動方式についての、振動やスピードに関する検討がなされているが、世界的に最も一般的に利用されている反転方式に関してはこれまでに十分な検討がなされていなかった。
【０００８】
反転往復タイプの電動歯ブラシにおける一般的な傾向として、ブラシヘッドの反転角度θを大きく設定した場合には、反転スピードＶを小さく設定し、ブラシヘッドの反転角度θを小さく設定した場合には、反転スピードＶを大きく設定している。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１０３３３１号公報
【特許文献２】特開平７−１１６０２０号公報
【特許文献３】特開昭６１−０６４２０４号公報
【特許文献４】特開平１１−３１８９５４号公報
【特許文献５】特開２００３−０６１９８７号公報
【特許文献６】特表平７−５０５０６９号公報
【特許文献７】特開平６−２６９３１７号公報
【特許文献８】特開２００３−１６４４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の反転往復運動タイプの電動歯ブラシでは、歯肉炎や歯周炎の歯周病、う蝕等の歯科疾患予防、進行の抑制を十分に考えた設計になっていなかった。歯周疾患の発症リスク部位、好発部位は、通常のブラッシングでは、十分な清掃効果が得られにくい、プラークが残存しやすい部位である。う蝕では、隅角部（歯間部）や咬合部の小窩裂溝であり、歯周病では、硬組織と軟組織とが接する部分で隅角部（歯間部）や歯肉辺縁部である。これらの部位に共通していることは、その歯ブラシによる清掃面が、単純な平面でなく、複雑な形状を持つ曲面であり、その清掃面上も平坦ではなく、複雑な溝や窪みや隆起した部分を持つ複雑な形状である。
【００１１】
これらの複雑な形状を有した曲面を、効率よく清掃するためには、単純に反転スピードを高めてみたり、反転角度を大きく、または小さくしてみたりすることで解決できるものではない。つまり、歯ブラシのフィラメント部分が、十分にその除去すべき部位に到達でき、かつ十分にプラークを捉えて取り去ることができなければならない。回転角が大きすぎる場合、速いスピードでは、それらの凹凸形状を捉えることなく、単に行き過ぎてしまうし、遅すぎると十分な除去力を発揮することができない。また、回転角が小さすぎるときは、フィラメントの運動距離が小さすぎてプラークを捉えて除去するだけの仕事量が不十分であるという問題点があり、臨床的な効果を最大限に引き出す機能の開発が求められていた。
【００１２】
本発明の目的は、プラークの除去性能に優れ、安価に製造可能で、しかも全体的な口腔清掃能力が高いことは当然のことながら、う蝕や歯周病等の歯科疾患のリスク部位における、その原因であるプラークの除去効果が極めて高い電動歯ブラシを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本出願人は、口腔内衛生具の様々な使用を考慮し、う蝕や歯周病等の歯科疾患患者でも好適に利用でき、しかもプラークの除去性能を高め得る電動歯ブラシについて鋭意検討した結果、反転角度と反転スピードとを適正に設定することでその目的を達成できることを見出し、本発明を完成にするに至った。但し、本明細書において、反転スピードＶ（Ｈｚ）とは、１秒間におけるブラシヘッドの反転往復運動の回数を意味する。
【００１４】
本発明に係る第１の電動歯ブラシは、反転往復運動するブラシヘッドを有する電動歯ブラシにおいて、前記ブラシヘッドの反転角度θが６５°≦θ≦８５°であり、反転スピードＶが５５Ｈｚ≦Ｖ≦７５Ｈｚであるものであり、反転角度θと反転スピードＶとを図７に示す領域Ｃ１の範囲内に設定したものである。
【００１５】
この第１の電動歯ブラシでは、反転角度θを６５°≦θ≦８５°に設定し、反転スピードＶを５５Ｈｚ≦Ｖ≦７５Ｈｚに設定しているので、口腔全体のプラークはもとより、歯科疾患のリスク部位、好発部位におけるプラークを効率的に除去することができる。
【００１６】
本発明に係る第２の電動歯ブラシは、反転往復運動するブラシヘッドを有する電動歯ブラシにおいて、前記ブラシヘッドの反転角度θが４０°≦θ≦６５°であり、反転スピードＶが６５Ｈｚ≦Ｖ≦８５Ｈｚであるものであり、反転角度θと反転スピードＶとを図７に示す領域Ｃ２の範囲内に設定してものである。
【００１７】
この第２の電動歯ブラシでは、反転角度θを４０°≦θ≦６５°に設定し、反転スピードＶを６５Ｈｚ≦Ｖ≦８５Ｈｚに設定しているので、口腔全体のプラークはもとより、歯科疾患のリスク部位、好発部位におけるプラークを効率的に除去することができる。
【００１８】
ここで、前記ブラシヘッドの基台に植設される複数の毛束からなるブラシ部の座屈強度が５０Ｎ／ｃｍ2以下であること、出力軸の往復直線運動をブラシヘッドの反転往復運動に変換する変換手段を備えること、などが好ましい実施例である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る第１及び第２の電動歯ブラシによれば、反転角度θと反転スピードとを適正に設定しているので、口腔全体のプラークはもとより、歯科疾患のリスク部位、好発部位におけるプラークを効率的に除去することができる。特に、第２の電動歯ブラシは、子供や歯茎の弱った人に好適である。
【００２０】
ここで、ブラシヘッドの基台に植設される複数の毛束からなるブラシ部の座屈強度は、ＪＩＳＳ３０１６「歯ブラシ」記載の、歯ブラシの毛のかたさによる測定及び計算方法により算出したものである。ブラシ部の座屈強度が５０Ｎ／ｃｍ2以下になることにより、プラークの除去率が６０％以上になることが認められる。
【００２１】
出力軸の往復直線運動をブラシヘッドの反転往復運動に変換する変換手段を備えると、替えブラシを交換することで往復直線運動タイプの電動歯ブラシをそのまま反転往復運動タイプの電動歯ブラシとして使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
第１の電動歯ブラシは、反転往復運動するブラシヘッドを有する電動歯ブラシにおいて、ブラシヘッドの反転角度θを６５°≦θ≦８５°に設定し、反転スピードＶを５５Ｈｚ≦Ｖ≦７５Ｈｚしたものであり、第２の電動歯ブラシは、ブラシヘッドの反転角度θを４０°≦θ≦６５°に設定し、反転スピードＶを６５Ｈｚ≦Ｖ≦８５Ｈｚに設定したものである。本発明は、電動歯ブラシにおけるブラシヘッドの反転角度θと反転スピードＶとを適正に設定した電動歯ブラシに関するものであり、電動歯ブラシ自体の構成は、ブラシヘッドを反転往復運動できるものであれば任意の構成のものを採用できる。
【００２４】
次に、電動歯ブラシの具体的な一例について説明すると、図１、図２に示す電動歯ブラシ１０のように、ハンドルを兼ねる上下方向に細長い筒状のケーシング１１が設けられ、ケーシング１１の下端部には蓋部材１２が着脱自在に螺合されている。
【００２５】
ケーシング１１の下部内には一次電池又は二次電池からなる電池１３が内装され、ケーシング１１の上部内には略筒状のモータケース１１ａが内嵌装着され、モータケース１１ａの下部内には直流電動モータ１４が組み付けられ、モータ１４は、ケーシング１１に組みつけられた図示外の配線及びスイッチによりＯＮ状態とＯＦＦ状態とに切り替えられる。尚、電池１３として一次電池を用いる場合には、該電池１３をケーシング１１に対して交換可能に内装する必要があるが、二次電池を用いる場合には、該電池をモータ１４とともにケーシング１１に内臓し、無接点で電池１３に充電するように構成することができる。
【００２６】
モータケース１１ａの上部内には、モータ１４の回転軸１５の回転運動を出力軸１６の上下方向の往復直線運動に変換する第１変換手段１７が設けられ、出力軸１６はその途中部においてケーシング１１の上壁部を貫通して上下方向に移動自在に設けられ、ケーシング１１の上端部には出力軸１６とケーシング１１との摺動部分から水等が浸入しないようにゴムカバー１８が設けられている。ケーシング１１の上端部にはカバー部材１９が着脱可能に固定され、カバー部材１９には上方へ延びる替えブラシ２０が着脱可能に取付けられ、替えブラシ２０には出力軸１６の上下方向への往復直線運動をブラシヘッド３０の反転往復運動に変換する第２変換手段３２が設けられている。
【００２７】
第１変換手段１７について説明すると、モータ１４の回転軸１５には第１傘歯車２１が固定され、モータケース１１ａの内壁部には第１傘歯車２１に噛合する第２傘歯車２２が軸部２３を中心として回転自在に設けられている。出力軸１６の下端部には水平方向に細長いカム孔２４が設けられ、第２傘歯車２２の偏心位置にはカム孔２４内に延びる係合ピン２５が突出状に設けられている。そして、第１及び第２傘歯車２１、２２によりモータ１４の回転軸１５の上下方向軸心周りの回転運動が軸部２３の水平方向軸心周りの回転運動に変換され、この回転運動がカム孔２４及び係合ピン２５を介して出力軸１６の上下方向への往復直線運動に変換されるように構成されている。
【００２８】
歯車２１、２２の歯数は、一定時間内におけるブラシヘッド３０の反転往復運動の回数（反転スピード）が要求値になるような歯数に設定されている。
【００２９】
替えブラシ２０について説明すると、カバー部材１９には中空の柄体２６が上下方向に移動不能に固定され、柄体２６の上端部には、略円板状の基台３３と、基台３３から右側へ突出状に複数の毛束を植設してなるブラシ部２９とを有するブラシヘッド３０が設けられている。柄体２６内には出力軸１６に着脱自在に固定される操作ロッド２７が軸方向に移動自在に設けられ、柄体２６の上端部には軸部材２８が左右方向に設けられ、軸部材２８にはブラシヘッド３０の基台３３が回転自在に設けられ、操作ロッド２７の上端部には上方へ延びる連結ピン３１が設けられ、連結ピン３１の上端部は基台３３の偏心位置に回動自在に連結され、出力軸１６とともに操作ロッド２７が上下方向に往復駆動されることで、連結ピン３１を介してブラシヘッド３０が軸部材２８を中心に一定角度の範囲内で反転往復運動するように構成されている。反転角の大きさは、出力軸の振幅の大きさにより大きく影響を受け、その出力軸の振幅の大きさは、第２傘歯車２２、係合ピン２５、カム孔２４の組み合わせによる偏心度により決定される。更に基台３３の回転中心Ｐ１と基台３３に対する連結ピン３１の連結位置Ｐ２との偏心距離Ｌによっても角度の調整をすることができ、偏心距離Ｌを大きく設定することで、ブラシヘッド３０の反転角度θが小さくなり、偏心距離Ｌを小さく設定することで、ブラシヘッド３０の反転角度θが大きくなるように構成されている。
【００３０】
基台３３の形状やブラシ部２９の毛束の個数や配列は任意に設定可能である。また、毛束の植設固定方法としては、フィラメントを束ねて構成されるタフトを、基台３３に設けられた多数個の植毛孔に平線で打ち込んだり熱で融着させたりする方法などを好適に利用できる。更に、フィラメントの材質や直径や長さ、先端形状は任意に設定したものを採用できる。更に、フィラメントとしては、単一素材又は複合素材からなるものを採用しても良い。物理的及び／又は化学的に処理を行い先端が複数に枝分かれしたフィラメント、先端部分を物理的及び／又は化学的に処理を行いテーパー状の先端を両側または片側に有するフィラメント、先端がテーパー状で途中に段差を持つフィラメント、先端が球状のフィラメント、断面形状が円形でないフィラメント、エンボス状の表面構造をもつフィラメント、断面形状を捻じるとにより製造されたスパイラル状のフィラメント、研磨剤等の粒子を内部及び表面（界面）に保持しているフィラメント、ナイロン以外のポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、エラストマー、天然高分子等の１種以上の素材により製造されたフィラメントをその目的に応じて使うことができ、またここに例示したフィラメントに本発明が限られるわけではない。またそれらのフィラメントは、本発明の電動歯ブラシのブラシ部の全部に使っても良いし、一部に使っても良い。また１種のフィラメントのみを使ってもよいし、２種以上のフィラメントを植毛孔別に、または同じ植毛孔に混ぜ合わせて使っても良く、それらを更に組み合わせて使用してもよい。
【００３１】
次に、プラーク除去率の評価試験を行うために用いた試験装置について説明する。尚、この試験装置４０は、特開平１０−２３９３０４号公報に記載の試験装置と同様の構成のものである。
【００３２】
図３、図４に示すように、電動歯ブラシ１０の試験装置４０は、試験する電動歯ブラシ１０をＸ軸方向（左右方向）に向けて保持した状態で、該電動歯ブラシ１０をＸ軸方向、Ｙ軸方向（上下方向）、Ｚ軸方向（前後方向）の３つの方向と、Ｘ軸回りのθ方向に回動操作する操作手段４１と、操作手段４１に保持させた電動歯ブラシ１０が、所望のブラッシング法でブラッシング運動するように操作手段４１を制御する制御手段（図示略）と、顎模型４２の所望の歯が操作手段４１に保持させた電動歯ブラシ１０のブラシヘッド３０に対面するように、顎模型４２を姿勢切換え可能に保持する保持手段４３と、顎模型４２に対する電動歯ブラシ１０のブラッシング圧を測定する測定手段４４とを備えている。
【００３３】
測定手段４４は、ストレインゲージ４５からの出力に基づいて電動歯ブラシ１０のブラシヘッド３０に作用する圧力（ブラッシング圧）を測定するものである。このストレインゲージ４５は、金属或いは半導体などの抵抗体からなる周知の構成のもので、電動歯ブラシ１０を操作手段４１に着脱自在に固定保持するために設けたホルダ４６の支持枠４７の前面に付設されている。
【００３４】
次に、電動歯ブラシ１０の評価試験方法について説明する。
【００３５】
電動歯ブラシ１０として、ブラシヘッド３０の反転角度θを２０度、４０度、６５度、７０度、８５度に設定した５種類の電動歯ブラシ１０を用いた。
【００３６】
替えブラシ２０としては、ブラシヘッド３０の基台３３として、植毛孔が２１穴、植毛孔の穴径が１．５ｍｍ、最外周に配置される植毛孔の中心を通る円周の直径が９．４ｍｍの基台３３を備え、フィラメントとして、直径がφ０．１６０ｍｍの普通のかたさのフィラメントであって、毛丈が１０ｍｍで、先端部に先丸加工を施し、毛束をフラット毛切したフィラメントを備えたものを用いた。
【００３７】
そして、前記５種類の電動歯ブラシ１０に対して、ブラシヘッド３０の反転スピードＶを４０Ｈｚ、５５Ｈｚ、６５Ｈｚ、７５Ｈｚ、８５Ｈｚ、１００Ｈｚの６段階に切り替えて、顎模型４２に対して下記の要領でブラッシングを行なって、顎模型４２の歯に付着させた人工プラークの除去率を測定した。但し、反転スピードは、ブラシヘッド３０の１往復を１回とカウントし、１秒間における反転往復運動の繰り返し回数を指す。
【００３８】
図５に示すように、顎模型４２のうちブラッシングする上顎頬側の第１小臼歯Ａと第２小臼歯Ｂと第１大臼歯Ｃに人工プラークを塗布するとともに、所定の往復振動回数で電動歯ブラシ１０を駆動させ、ブラシヘッド３０を歯Ａ、Ｂ、Ｃに対して１５０ｇのブラッシング圧で順次圧接させながら３．１６ｍｍ／ｓｅｃの移動速度で、第１大臼歯Ｃから第１小臼歯Ａ側（前側）へ移動させてブラッシングを行った。
【００３９】
こうして顎模型４２の３つの歯Ａ、Ｂ、Ｃをブラッシングしてから、次のようにして設定した歯Ａ、Ｂ、Ｃの隅角部の領域におけるプラーク除去率を画像解析にて求めた。その結果を表１に示す。歯Ａ、Ｂ、Ｃの隅角部２の設定方法は、図６に示すように、先ず歯肉３よりも下側へ突出した歯１の外側面を撮像手段にて撮影し、この歯１の基準画像４の外形に接する四角形の枠５の中心Ｐを求める。次に、基準画像４を８０％に縮小した縮小画像６を作成し、両画像４、６をその中心Ｐが重なるように重ねあわせる。次に、縮小画像６に接する上下方向の区画直線７で基準画像４を区画し、区画直線７の外側のハッチングで示す領域を隅角部２と設定した。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示すように、反転角度θが６５°≦θ≦８５°であり、反転スピードＶが５５Ｈｚ≦Ｖ≦７５Ｈｚである場合と、反転角度θが４０°≦θ≦６５°であり、反転スピードＶが６５Ｈｚ≦Ｖ≦８５Ｈｚである場合とでは、十分なプラーク除去性能が得られることが判る。
【００４２】
次に、ブラシ部２９の座屈強度を適正に設定するために行った試験について説明する。
【００４３】
電動歯ブラシ１０として、ブラシヘッド３０の反転角度θを６５度、反転スピードＶを６５Ｈｚに設定した電動歯ブラシを用いた。替えブラシ２０としては、ブラシヘッド３０の基台３３として、植毛孔が２１穴、植毛孔の穴径が１．５ｍｍ、最外周に配置される植毛孔の中心を通る円周の直径が９．４ｍｍの基台３３を備え、フィラメントとして、直径がφ０．１２７ｍｍ、φ０．１６０ｍｍ、φ０．１９０ｍｍの３種類のフィラメントであって、毛丈が１０ｍｍで、先端部に先丸加工を施し、毛束をフラット毛切したフィラメントを植設した３種類のブラシヘッド３０を備えたものを用いた。
【００４４】
そして、前記３種類の替えブラシ２０を電動歯ブラシ１０に順次取り付けて、上記と同様の要領でブラッシング試験を行なって、顎模型４２の歯に付着させた人工プラークの除去率を測定した。また、ＪＩＳＳ３０１６「歯ブラシ」の規定に準じてブラシ部２９の座屈強度を測定し、その結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表２から判るように、隅角部におけるプラーク除去率は、フィラメントの直径が細くなるにしたがって、即ち隅角部の奥部にフィラメントが入り易くなるにしたがって高くなり、フィラメントの直径を０．１６ｍｍ以下で、座屈強度を５０Ｎ／ｃｍ2以下に設定することで、プラーク除去率６０％以上を確保できることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】電動歯ブラシの縦断面図
【図２】電動歯ブラシの第１及び第２変換手段の説明図
【図３】試験装置の正面図
【図４】試験装置の平面図
【図５】試験する歯の説明図
【図６】歯の隅角部の説明図
【図７】本発明に係る電動歯ブラシにおける反転スピードと反転角度との関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００４８】
１ 歯 ２ 隅角部
３ 歯肉 ４ 基準画像
５ 枠 ６ 縮小画像
７ 区画直線
１０ 電動歯ブラシ １１ ケーシング
１１ａ モータケース
１２ 蓋部材 １３ 電池
１４ モータ １５ 回転軸
１６ 出力軸 １７ 第１変換手段
１８ ゴムカバー １９ カバー部材
２０ 替えブラシ ２１ 第１傘歯車
２２ 第２傘歯車 ２３ 軸部
２４ カム孔 ２５ 係合ピン
２６ 柄体 ２７ 操作ロッド
２８ 軸部材 ２９ ブラシ部
３０ ブラシヘッド ３１ 連結ピン
３２ 第２変換手段 ３３ 基台
４０ 試験装置 ４１ 操作手段
４２ 顎模型 ４３ 保持手段
４４ 測定手段 ４５ ストレインゲージ
４６ ホルダ ４７ 支持枠
Ａ 第１小臼歯 Ｂ 第２小臼歯
Ｃ 第１大臼歯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基台に複数の毛束を植設してなるブラシヘッドを反転往復運動するようになした電動歯ブラシに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動歯ブラシとして、モータの回転軸の回転運動をクランク機構やギア機構やカム機構などを介して出力軸の軸方向の往復直線運動に変換し、出力軸の軸方向の往復直線運動をブラシヘッドの反転往復運動に変換するように構成したものが広く実用化されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
一方、駆動方向や振幅やスピードについて工夫、改良を加えることにより、複雑な歯牙や歯列への毛の到達性やそこでの適切な運動状態を実現することにより清掃効果や歯科疾患予防効果の高い電動歯ブラシの開発が検討されている。
【０００４】
特許文献３には、駆動機構の軸方向または軸直角方向に沿って往復運動する場合、その変位量が３〜７ｍｍである電動歯ブラシが開示されている。特許文献４、５にはストロークの幅がそれぞれ５ｍｍ以上、０．５ｍｍ〜５ｍｍである本体軸方向への往復直線運動をする電動歯ブラシが開示されている。しかし、その駆動は直線的な運動に限られる。
【０００５】
特許文献６には、毛の運動を歯磨き流体に伝え、毛先が接触する更にその先まで洗浄作用を生み出すべく、毛先の先端の速度が、約１．５ｍ／秒以上の速度で運動する音波式電動歯ブラシが開示されているが、駆動の回転方向への要素は考慮されていない。
【０００６】
特許文献７には、モータ駆動時に振動を発生される偏心錘をモーターに取り付けた電動歯ブラシが記載されている。この電動歯ブラシは、そのモーターが毎分６０００〜８０００回で回転することにより、毎分６０００〜８０００回の振動を発生させることにより、歯磨き時の不快感を低減し、歯磨き効果を向上させるとともに振動により歯ぐきのマッサージ効果も同時に実現することが開示されている。偏心部材を用いた駆動機構に関しては、特許文献８にも記載があり、その振動数が毎分１７０００〜２４０００回であることが開示されている。しかしその駆動方向は、歯ブラシの軸方向に対して直角かつ微細な円運動である。
【０００７】
このようにいろいろな駆動方式についての、振動やスピードに関する検討がなされているが、世界的に最も一般的に利用されている反転方式に関してはこれまでに十分な検討がなされていなかった。
【０００８】
反転往復タイプの電動歯ブラシにおける一般的な傾向として、ブラシヘッドの反転角度θを大きく設定した場合には、反転スピードＶを小さく設定し、ブラシヘッドの反転角度θを小さく設定した場合には、反転スピードＶを大きく設定している。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１０３３３１号公報
【特許文献２】特開平７−１１６０２０号公報
【特許文献３】特開昭６１−０６４２０４号公報
【特許文献４】特開平１１−３１８９５４号公報
【特許文献５】特開２００３−０６１９８７号公報
【特許文献６】特表平７−５０５０６９号公報
【特許文献７】特開平６−２６９３１７号公報
【特許文献８】特開２００３−１６４４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の反転往復運動タイプの電動歯ブラシでは、歯肉炎や歯周炎の歯周病、う蝕等の歯科疾患予防、進行の抑制を十分に考えた設計になっていなかった。歯周疾患の発症リスク部位、好発部位は、通常のブラッシングでは、十分な清掃効果が得られにくい、プラークが残存しやすい部位である。う蝕では、隅角部（歯間部）や咬合部の小窩裂溝であり、歯周病では、硬組織と軟組織とが接する部分で隅角部（歯間部）や歯肉辺縁部である。これらの部位に共通していることは、その歯ブラシによる清掃面が、単純な平面でなく、複雑な形状を持つ曲面であり、その清掃面上も平坦ではなく、複雑な溝や窪みや隆起した部分を持つ複雑な形状である。
【００１１】
これらの複雑な形状を有した曲面を、効率よく清掃するためには、単純に反転スピードを高めてみたり、反転角度を大きく、または小さくしてみたりすることで解決できるものではない。つまり、歯ブラシのフィラメント部分が、十分にその除去すべき部位に到達でき、かつ十分にプラークを捉えて取り去ることができなければならない。回転角が大きすぎる場合、速いスピードでは、それらの凹凸形状を捉えることなく、単に行き過ぎてしまうし、遅すぎると十分な除去力を発揮することができない。また、回転角が小さすぎるときは、フィラメントの運動距離が小さすぎてプラークを捉えて除去するだけの仕事量が不十分であるという問題点があり、臨床的な効果を最大限に引き出す機能の開発が求められていた。
【００１２】
本発明の目的は、プラークの除去性能に優れ、安価に製造可能で、しかも全体的な口腔清掃能力が高いことは当然のことながら、う蝕や歯周病等の歯科疾患のリスク部位における、その原因であるプラークの除去効果が極めて高い電動歯ブラシを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本出願人は、口腔内衛生具の様々な使用を考慮し、う蝕や歯周病等の歯科疾患患者でも好適に利用でき、しかもプラークの除去性能を高め得る電動歯ブラシについて鋭意検討した結果、反転角度と反転スピードとを適正に設定することでその目的を達成できることを見出し、本発明を完成にするに至った。但し、本明細書において、反転スピードＶ（Ｈｚ）とは、１秒間におけるブラシヘッドの反転往復運動の回数を意味する。
【００１４】
本発明に係る第１の電動歯ブラシは、反転往復運動するブラシヘッドを有する電動歯ブラシにおいて、前記ブラシヘッドの反転角度θが６５°≦θ≦８５°であり、反転スピードＶが５５Ｈｚ≦Ｖ≦７５Ｈｚであるものであり、反転角度θと反転スピードＶとを図７に示す領域Ｃ１の範囲内に設定したものである。
【００１５】
この第１の電動歯ブラシでは、反転角度θを６５°≦θ≦８５°に設定し、反転スピードＶを５５Ｈｚ≦Ｖ≦７５Ｈｚに設定しているので、口腔全体のプラークはもとより、歯科疾患のリスク部位、好発部位におけるプラークを効率的に除去することができる。
【００１６】
本発明に係る第２の電動歯ブラシは、反転往復運動するブラシヘッドを有する電動歯ブラシにおいて、前記ブラシヘッドの反転角度θが４０°≦θ≦６５°であり、反転スピードＶが６５Ｈｚ≦Ｖ≦８５Ｈｚであるものであり、反転角度θと反転スピードＶとを図７に示す領域Ｃ２の範囲内に設定してものである。
【００１７】
この第２の電動歯ブラシでは、反転角度θを４０°≦θ≦６５°に設定し、反転スピードＶを６５Ｈｚ≦Ｖ≦８５Ｈｚに設定しているので、口腔全体のプラークはもとより、歯科疾患のリスク部位、好発部位におけるプラークを効率的に除去することができる。
【００１８】
ここで、前記ブラシヘッドの基台に植設される複数の毛束からなるブラシ部の座屈強度が５０Ｎ／ｃｍ2以下であること、出力軸の往復直線運動をブラシヘッドの反転往復運動に変換する変換手段を備えること、などが好ましい実施例である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る第１及び第２の電動歯ブラシによれば、反転角度θと反転スピードとを適正に設定しているので、口腔全体のプラークはもとより、歯科疾患のリスク部位、好発部位におけるプラークを効率的に除去することができる。特に、第２の電動歯ブラシは、子供や歯茎の弱った人に好適である。
【００２０】
ここで、ブラシヘッドの基台に植設される複数の毛束からなるブラシ部の座屈強度は、ＪＩＳＳ３０１６「歯ブラシ」記載の、歯ブラシの毛のかたさによる測定及び計算方法により算出したものである。ブラシ部の座屈強度が５０Ｎ／ｃｍ2以下になることにより、プラークの除去率が６０％以上になることが認められる。
【００２１】
出力軸の往復直線運動をブラシヘッドの反転往復運動に変換する変換手段を備えると、替えブラシを交換することで往復直線運動タイプの電動歯ブラシをそのまま反転往復運動タイプの電動歯ブラシとして使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
第１の電動歯ブラシは、反転往復運動するブラシヘッドを有する電動歯ブラシにおいて、ブラシヘッドの反転角度θを６５°≦θ≦８５°に設定し、反転スピードＶを５５Ｈｚ≦Ｖ≦７５Ｈｚしたものであり、第２の電動歯ブラシは、ブラシヘッドの反転角度θを４０°≦θ≦６５°に設定し、反転スピードＶを６５Ｈｚ≦Ｖ≦８５Ｈｚに設定したものである。本発明は、電動歯ブラシにおけるブラシヘッドの反転角度θと反転スピードＶとを適正に設定した電動歯ブラシに関するものであり、電動歯ブラシ自体の構成は、ブラシヘッドを反転往復運動できるものであれば任意の構成のものを採用できる。
【００２４】
次に、電動歯ブラシの具体的な一例について説明すると、図１、図２に示す電動歯ブラシ１０のように、ハンドルを兼ねる上下方向に細長い筒状のケーシング１１が設けられ、ケーシング１１の下端部には蓋部材１２が着脱自在に螺合されている。
【００２５】
ケーシング１１の下部内には一次電池又は二次電池からなる電池１３が内装され、ケーシング１１の上部内には略筒状のモータケース１１ａが内嵌装着され、モータケース１１ａの下部内には直流電動モータ１４が組み付けられ、モータ１４は、ケーシング１１に組みつけられた図示外の配線及びスイッチによりＯＮ状態とＯＦＦ状態とに切り替えられる。尚、電池１３として一次電池を用いる場合には、該電池１３をケーシング１１に対して交換可能に内装する必要があるが、二次電池を用いる場合には、該電池をモータ１４とともにケーシング１１に内臓し、無接点で電池１３に充電するように構成することができる。
【００２６】
モータケース１１ａの上部内には、モータ１４の回転軸１５の回転運動を出力軸１６の上下方向の往復直線運動に変換する第１変換手段１７が設けられ、出力軸１６はその途中部においてケーシング１１の上壁部を貫通して上下方向に移動自在に設けられ、ケーシング１１の上端部には出力軸１６とケーシング１１との摺動部分から水等が浸入しないようにゴムカバー１８が設けられている。ケーシング１１の上端部にはカバー部材１９が着脱可能に固定され、カバー部材１９には上方へ延びる替えブラシ２０が着脱可能に取付けられ、替えブラシ２０には出力軸１６の上下方向への往復直線運動をブラシヘッド３０の反転往復運動に変換する第２変換手段３２が設けられている。
【００２７】
第１変換手段１７について説明すると、モータ１４の回転軸１５には第１傘歯車２１が固定され、モータケース１１ａの内壁部には第１傘歯車２１に噛合する第２傘歯車２２が軸部２３を中心として回転自在に設けられている。出力軸１６の下端部には水平方向に細長いカム孔２４が設けられ、第２傘歯車２２の偏心位置にはカム孔２４内に延びる係合ピン２５が突出状に設けられている。そして、第１及び第２傘歯車２１、２２によりモータ１４の回転軸１５の上下方向軸心周りの回転運動が軸部２３の水平方向軸心周りの回転運動に変換され、この回転運動がカム孔２４及び係合ピン２５を介して出力軸１６の上下方向への往復直線運動に変換されるように構成されている。
【００２８】
歯車２１、２２の歯数は、一定時間内におけるブラシヘッド３０の反転往復運動の回数（反転スピード）が要求値になるような歯数に設定されている。
【００２９】
替えブラシ２０について説明すると、カバー部材１９には中空の柄体２６が上下方向に移動不能に固定され、柄体２６の上端部には、略円板状の基台３３と、基台３３から右側へ突出状に複数の毛束を植設してなるブラシ部２９とを有するブラシヘッド３０が設けられている。柄体２６内には出力軸１６に着脱自在に固定される操作ロッド２７が軸方向に移動自在に設けられ、柄体２６の上端部には軸部材２８が左右方向に設けられ、軸部材２８にはブラシヘッド３０の基台３３が回転自在に設けられ、操作ロッド２７の上端部には上方へ延びる連結ピン３１が設けられ、連結ピン３１の上端部は基台３３の偏心位置に回動自在に連結され、出力軸１６とともに操作ロッド２７が上下方向に往復駆動されることで、連結ピン３１を介してブラシヘッド３０が軸部材２８を中心に一定角度の範囲内で反転往復運動するように構成されている。反転角の大きさは、出力軸の振幅の大きさにより大きく影響を受け、その出力軸の振幅の大きさは、第２傘歯車２２、係合ピン２５、カム孔２４の組み合わせによる偏心度により決定される。更に基台３３の回転中心Ｐ１と基台３３に対する連結ピン３１の連結位置Ｐ２との偏心距離Ｌによっても角度の調整をすることができ、偏心距離Ｌを大きく設定することで、ブラシヘッド３０の反転角度θが小さくなり、偏心距離Ｌを小さく設定することで、ブラシヘッド３０の反転角度θが大きくなるように構成されている。
【００３０】
基台３３の形状やブラシ部２９の毛束の個数や配列は任意に設定可能である。また、毛束の植設固定方法としては、フィラメントを束ねて構成されるタフトを、基台３３に設けられた多数個の植毛孔に平線で打ち込んだり熱で融着させたりする方法などを好適に利用できる。更に、フィラメントの材質や直径や長さ、先端形状は任意に設定したものを採用できる。更に、フィラメントとしては、単一素材又は複合素材からなるものを採用しても良い。物理的及び／又は化学的に処理を行い先端が複数に枝分かれしたフィラメント、先端部分を物理的及び／又は化学的に処理を行いテーパー状の先端を両側または片側に有するフィラメント、先端がテーパー状で途中に段差を持つフィラメント、先端が球状のフィラメント、断面形状が円形でないフィラメント、エンボス状の表面構造をもつフィラメント、断面形状を捻じるとにより製造されたスパイラル状のフィラメント、研磨剤等の粒子を内部及び表面（界面）に保持しているフィラメント、ナイロン以外のポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、エラストマー、天然高分子等の１種以上の素材により製造されたフィラメントをその目的に応じて使うことができ、またここに例示したフィラメントに本発明が限られるわけではない。またそれらのフィラメントは、本発明の電動歯ブラシのブラシ部の全部に使っても良いし、一部に使っても良い。また１種のフィラメントのみを使ってもよいし、２種以上のフィラメントを植毛孔別に、または同じ植毛孔に混ぜ合わせて使っても良く、それらを更に組み合わせて使用してもよい。
【００３１】
次に、プラーク除去率の評価試験を行うために用いた試験装置について説明する。尚、この試験装置４０は、特開平１０−２３９３０４号公報に記載の試験装置と同様の構成のものである。
【００３２】
図３、図４に示すように、電動歯ブラシ１０の試験装置４０は、試験する電動歯ブラシ１０をＸ軸方向（左右方向）に向けて保持した状態で、該電動歯ブラシ１０をＸ軸方向、Ｙ軸方向（上下方向）、Ｚ軸方向（前後方向）の３つの方向と、Ｘ軸回りのθ方向に回動操作する操作手段４１と、操作手段４１に保持させた電動歯ブラシ１０が、所望のブラッシング法でブラッシング運動するように操作手段４１を制御する制御手段（図示略）と、顎模型４２の所望の歯が操作手段４１に保持させた電動歯ブラシ１０のブラシヘッド３０に対面するように、顎模型４２を姿勢切換え可能に保持する保持手段４３と、顎模型４２に対する電動歯ブラシ１０のブラッシング圧を測定する測定手段４４とを備えている。
【００３３】
測定手段４４は、ストレインゲージ４５からの出力に基づいて電動歯ブラシ１０のブラシヘッド３０に作用する圧力（ブラッシング圧）を測定するものである。このストレインゲージ４５は、金属或いは半導体などの抵抗体からなる周知の構成のもので、電動歯ブラシ１０を操作手段４１に着脱自在に固定保持するために設けたホルダ４６の支持枠４７の前面に付設されている。
【００３４】
次に、電動歯ブラシ１０の評価試験方法について説明する。
【００３５】
電動歯ブラシ１０として、ブラシヘッド３０の反転角度θを２０度、４０度、６５度、７０度、８５度に設定した５種類の電動歯ブラシ１０を用いた。
【００３６】
替えブラシ２０としては、ブラシヘッド３０の基台３３として、植毛孔が２１穴、植毛孔の穴径が１．５ｍｍ、最外周に配置される植毛孔の中心を通る円周の直径が９．４ｍｍの基台３３を備え、フィラメントとして、直径がφ０．１６０ｍｍの普通のかたさのフィラメントであって、毛丈が１０ｍｍで、先端部に先丸加工を施し、毛束をフラット毛切したフィラメントを備えたものを用いた。
【００３７】
そして、前記５種類の電動歯ブラシ１０に対して、ブラシヘッド３０の反転スピードＶを４０Ｈｚ、５５Ｈｚ、６５Ｈｚ、７５Ｈｚ、８５Ｈｚ、１００Ｈｚの６段階に切り替えて、顎模型４２に対して下記の要領でブラッシングを行なって、顎模型４２の歯に付着させた人工プラークの除去率を測定した。但し、反転スピードは、ブラシヘッド３０の１往復を１回とカウントし、１秒間における反転往復運動の繰り返し回数を指す。
【００３８】
図５に示すように、顎模型４２のうちブラッシングする上顎頬側の第１小臼歯Ａと第２小臼歯Ｂと第１大臼歯Ｃに人工プラークを塗布するとともに、所定の往復振動回数で電動歯ブラシ１０を駆動させ、ブラシヘッド３０を歯Ａ、Ｂ、Ｃに対して１５０ｇのブラッシング圧で順次圧接させながら３．１６ｍｍ／ｓｅｃの移動速度で、第１大臼歯Ｃから第１小臼歯Ａ側（前側）へ移動させてブラッシングを行った。
【００３９】
こうして顎模型４２の３つの歯Ａ、Ｂ、Ｃをブラッシングしてから、次のようにして設定した歯Ａ、Ｂ、Ｃの隅角部の領域におけるプラーク除去率を画像解析にて求めた。その結果を表１に示す。歯Ａ、Ｂ、Ｃの隅角部２の設定方法は、図６に示すように、先ず歯肉３よりも下側へ突出した歯１の外側面を撮像手段にて撮影し、この歯１の基準画像４の外形に接する四角形の枠５の中心Ｐを求める。次に、基準画像４を８０％に縮小した縮小画像６を作成し、両画像４、６をその中心Ｐが重なるように重ねあわせる。次に、縮小画像６に接する上下方向の区画直線７で基準画像４を区画し、区画直線７の外側のハッチングで示す領域を隅角部２と設定した。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示すように、反転角度θが６５°≦θ≦８５°であり、反転スピードＶが５５Ｈｚ≦Ｖ≦７５Ｈｚである場合と、反転角度θが４０°≦θ≦６５°であり、反転スピードＶが６５Ｈｚ≦Ｖ≦８５Ｈｚである場合とでは、十分なプラーク除去性能が得られることが判る。
【００４２】
次に、ブラシ部２９の座屈強度を適正に設定するために行った試験について説明する。
【００４３】
電動歯ブラシ１０として、ブラシヘッド３０の反転角度θを６５度、反転スピードＶを６５Ｈｚに設定した電動歯ブラシを用いた。替えブラシ２０としては、ブラシヘッド３０の基台３３として、植毛孔が２１穴、植毛孔の穴径が１．５ｍｍ、最外周に配置される植毛孔の中心を通る円周の直径が９．４ｍｍの基台３３を備え、フィラメントとして、直径がφ０．１２７ｍｍ、φ０．１６０ｍｍ、φ０．１９０ｍｍの３種類のフィラメントであって、毛丈が１０ｍｍで、先端部に先丸加工を施し、毛束をフラット毛切したフィラメントを植設した３種類のブラシヘッド３０を備えたものを用いた。
【００４４】
そして、前記３種類の替えブラシ２０を電動歯ブラシ１０に順次取り付けて、上記と同様の要領でブラッシング試験を行なって、顎模型４２の歯に付着させた人工プラークの除去率を測定した。また、ＪＩＳＳ３０１６「歯ブラシ」の規定に準じてブラシ部２９の座屈強度を測定し、その結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表２から判るように、隅角部におけるプラーク除去率は、フィラメントの直径が細くなるにしたがって、即ち隅角部の奥部にフィラメントが入り易くなるにしたがって高くなり、フィラメントの直径を０．１６ｍｍ以下で、座屈強度を５０Ｎ／ｃｍ2以下に設定することで、プラーク除去率６０％以上を確保できることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】電動歯ブラシの縦断面図
【図２】電動歯ブラシの第１及び第２変換手段の説明図
【図３】試験装置の正面図
【図４】試験装置の平面図
【図５】試験する歯の説明図
【図６】歯の隅角部の説明図
【図７】本発明に係る電動歯ブラシにおける反転スピードと反転角度との関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００４８】
１ 歯 ２ 隅角部
３ 歯肉 ４ 基準画像
５ 枠 ６ 縮小画像
７ 区画直線
１０ 電動歯ブラシ １１ ケーシング
１１ａ モータケース
１２ 蓋部材 １３ 電池
１４ モータ １５ 回転軸
１６ 出力軸 １７ 第１変換手段
１８ ゴムカバー １９ カバー部材
２０ 替えブラシ ２１ 第１傘歯車
２２ 第２傘歯車 ２３ 軸部
２４ カム孔 ２５ 係合ピン
２６ 柄体 ２７ 操作ロッド
２８ 軸部材 ２９ ブラシ部
３０ ブラシヘッド ３１ 連結ピン
３２ 第２変換手段 ３３ 基台
４０ 試験装置 ４１ 操作手段
４２ 顎模型 ４３ 保持手段
４４ 測定手段 ４５ ストレインゲージ
４６ ホルダ ４７ 支持枠
Ａ 第１小臼歯 Ｂ 第２小臼歯
Ｃ 第１大臼歯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反転往復運動するブラシヘッドを有する電動歯ブラシにおいて、
前記ブラシヘッドの反転角度θが６５°≦θ≦８５°であり、反転スピードＶが５５Ｈｚ≦Ｖ≦７５Ｈｚである、
ことを特徴とする電動歯ブラシ。
【請求項２】
反転往復運動するブラシヘッドを有する電動歯ブラシにおいて、
前記ブラシヘッドの反転角度θが４０°≦θ≦６５°であり、反転スピードＶが６５Ｈｚ≦Ｖ≦８５Ｈｚである、
ことを特徴とする電動歯ブラシ。
【請求項３】
前記ブラシヘッドの基台に植設される複数の毛束からなるブラシ部の座屈強度が５０Ｎ／ｃｍ2以下である請求項１又は２記載の電動歯ブラシ。
【請求項４】
出力軸の往復直線運動をブラシヘッドの反転往復運動に変換する変換手段を備えた請求項１〜３のいずれか１項記載の電動歯ブラシ。
【請求項１】
反転往復運動するブラシヘッドを有する電動歯ブラシにおいて、
前記ブラシヘッドの反転角度θが６５°≦θ≦８５°であり、反転スピードＶが５５Ｈｚ≦Ｖ≦７５Ｈｚである、
ことを特徴とする電動歯ブラシ。
【請求項２】
反転往復運動するブラシヘッドを有する電動歯ブラシにおいて、
前記ブラシヘッドの反転角度θが４０°≦θ≦６５°であり、反転スピードＶが６５Ｈｚ≦Ｖ≦８５Ｈｚである、
ことを特徴とする電動歯ブラシ。
【請求項３】
前記ブラシヘッドの基台に植設される複数の毛束からなるブラシ部の座屈強度が５０Ｎ／ｃｍ2以下である請求項１又は２記載の電動歯ブラシ。
【請求項４】
出力軸の往復直線運動をブラシヘッドの反転往復運動に変換する変換手段を備えた請求項１〜３のいずれか１項記載の電動歯ブラシ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−５５１９４（Ｐ２００６−５５１９４Ａ）
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２３７１６１（Ｐ２００４−２３７１６１）
【出願日】平成１６年８月１７日（２００４．８．１７）
【出願人】（０００１０６３２４）サンスター株式会社 (200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月１７日（２００４．８．１７）
【出願人】（０００１０６３２４）サンスター株式会社 (200)
【Ｆターム（参考）】
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