電動歯ブラシ
【課題】電動歯ブラシの付加機能を有効に動作させるための技術を提供する。
【解決手段】電動歯ブラシは、ブラシ（２１０）を有するブラシ部材（２）と、ブラシ部材に設けられ、歯、歯と歯茎の間、若しくは歯肉に対して、光、不可視光（赤外線、紫外線など）、熱、電気刺激、超音波振動、液体、気体、又は、粉体を出力する機能を有する出力手段（５０〜５７）と、ブラシの姿勢を検出する姿勢検出手段（１５）と、検出されたブラシの姿勢に応じて出力手段の出力を制御する制御手段（１２０；５８）と、を備える。
【解決手段】電動歯ブラシは、ブラシ（２１０）を有するブラシ部材（２）と、ブラシ部材に設けられ、歯、歯と歯茎の間、若しくは歯肉に対して、光、不可視光（赤外線、紫外線など）、熱、電気刺激、超音波振動、液体、気体、又は、粉体を出力する機能を有する出力手段（５０〜５７）と、ブラシの姿勢を検出する姿勢検出手段（１５）と、検出されたブラシの姿勢に応じて出力手段の出力を制御する制御手段（１２０；５８）と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動歯ブラシに関する。
【背景技術】
【０００２】
歯垢除去力や施療感の向上、口内環境の改善、商品価値の向上などを目的とし、様々な付加機能をもつ歯ブラシが提案されている。たとえば、光照射により口腔内の殺菌を行う機能をもつ歯ブラシ（特許文献１〜３参照）、ヒータや赤外線により歯肉の血行促進や施療感の向上を図る機能をもつ歯ブラシ（特許文献３〜６参照）、超音波振動による歯垢除去機能をもつ歯ブラシ（特許文献７、８参照）、ブラシやブラシ部材から薬液若しくは気体を吐出する機能をもつ歯ブラシ（特許文献９〜１２参照）、歯肉に対して電気刺激を与える機能をもつ歯ブラシ（特許文献１３参照）などが存在する。
【０００３】
これらの付加機能は主に歯肉組織や歯周ポケットに対して効果を与えるものである。しかしながら、従来の歯ブラシでは、口腔内のどこをブラッシングしているかに拘わらず付加機能を動作させているため、それらの機能が必ずしも有効に発揮されないことがあった。たとえば、噛み合わせ面を磨いている最中に光や赤外線を照射しても歯肉へは光が到達しにくく、十分な効果は得られない。同じように、噛み合わせ面に対して熱や電気刺激を与えたり薬液や気体を吐出しても、目的とする効果は十分に得られない。また、超音波振動は、液体中ではキャビテーション効果により殺菌作用が期待できるが、気体中ではその効果が発揮できない。それゆえ、噛み合わせ面のように唾液の分泌が期待できない箇所では、超音波振動の効果はほとんど得られない。
【０００４】
このように、従来の歯ブラシでは、本来の効果が期待できない部位に対しても付加機能を無駄に動作させている。このような無駄な動作は、特にコードレスタイプの電動歯ブラシにあっては、充電池の消耗を早めるため好ましくない。しかも、無駄な動作は付加機能の寿命を短くする（薬液等の消耗を含む）ことにもつながり、好ましくない。
【０００５】
なお、特許文献１４には、歯ブラシ本体の軸周りの向きを４段階または８段階に検出し、その検出結果からブラッシング部位を推定するというアイデアが開示されている。具体的には、本体内部に複数の扇状の区画が周方向に設けられており、導電性の球がどの区画に入っているかを電気抵抗の変化から検知することで、歯ブラシ本体の向きを推定している。ただしこのような機構は小型化が難しく、実施可能性に乏しい。
【特許文献１】特表２００６−５２１８７５号公報
【特許文献２】特開平３−２５１２０７号公報（特許第２６１５５０５号公報）
【特許文献３】米国特許出願公開第２００７／０２７１７１４号明細書
【特許文献４】特開２００１−１３７０４６号公報
【特許文献５】特開２００１−２９９４５４号公報
【特許文献６】特開平２−５５００５号公報
【特許文献７】特開平２００６−４２９９１号公報
【特許文献８】特開２００３−２４５２８８号公報（特許第３５８６２５２号公報）
【特許文献９】特表２００７−５１６０２９号公報
【特許文献１０】特開２００６−６１４８６号公報
【特許文献１１】特開２００７−１６７０８８号公報
【特許文献１２】実用新案登録第３１００４２５号公報
【特許文献１３】特開２００２−３２５６３４号公報
【特許文献１４】特開２００５−１５２２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、電動歯ブラシの付加機能を有効に動作させるための技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用する。
【０００８】
本発明の電動歯ブラシは、ブラシを有するブラシ部材と、前記ブラシ部材に設けられ、歯、歯と歯茎の間、若しくは歯肉に対して、光、不可視光（赤外線、紫外線など）、熱、電気刺激、超音波振動、液体、気体、又は、粉体を出力する機能を有する出力手段と、前記ブラシの姿勢を検出する姿勢検出手段と、検出された前記ブラシの姿勢に応じて前記出力手段の出力を制御する制御手段と、を備える。
【０００９】
「出力手段」は、ブラシによるブラッシングとは別に、歯、歯と歯茎の間、若しくは歯肉に対して何らかの効果（たとえば、殺菌効果、温熱効果、血行促進効果、清浄効果、治療効果、審美効果など）を与えるための付加機能である。本発明の構成によれば、これらの付加機能が適切な場所やタイミングで有効に動作するように、ブラシの姿勢に応じて出力を自動的に制御することが可能となる。
【００１０】
前記姿勢検出手段は、前記ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢であるか否かを少なくとも検出するものであり、前記制御手段は、噛み合わせ面を磨く姿勢である場合の前記出力手段の出力が、噛み合わせ面を磨く姿勢でない場合の出力よりも、相対的に小さくなるように、前記出力手段の出力を制御することが好ましい。
【００１１】
噛み合わせ面を磨く姿勢のときに、光、不可視光、熱、電気刺激、超音波振動、液体、気体、又は、粉体を出力しても、それらが歯肉若しくは歯周ポケットに到達せず、期待する効果が得られない可能性がある。一方、噛み合わせ面を磨く姿勢でないとき（つまり、歯の側面や歯と歯茎の間などを磨く姿勢の場合）は、ブラシが歯肉や歯周ポケットに接触又は近接しているため、出力手段の出力が歯肉や歯周ポケットに届きやすい。それゆえ、上記のように出力を制御することで、付加機能の効果を適切に発揮させることができる。
【００１２】
具体的には、前記制御手段は、前記ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢である場合に、前記出力手段の出力を低下又は停止させることが好ましい。これにより、出力手段の無駄な動作が抑制されるため、消費電力を抑えることができるとともに、出力手段の消耗を抑えることができる。
【００１３】
さらに、前記制御手段は、前記ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢でない場合に、前記出力手段の出力を増大させることが好ましい。このように、効果が期待できる部位に対して出力を増大あるいは集中させることにより、効率的に最大の効果を得ることが可能となる。
【００１４】
前記姿勢検出手段は、加速度センサの出力に基づいて前記ブラシの姿勢を検出するものであることが好ましい。これにより、高精度にブラシの姿勢を判定できる。また加速度センサは小型ゆえ、電動歯ブラシ本体への組み込みも容易である。１軸の加速度センサを用いることもできるし、好ましくは、多軸（２軸、３軸、又は、それ以上）の加速度センサを用いることもできる。
【００１５】
前記姿勢検出手段は、電動歯ブラシの把持部に設けられた複数の接触感知センサの出力に基づいて前記ブラシの姿勢を検出するものであることも好ましい。接触感知センサも小
型ゆえ、電動歯ブラシ本体（把持部）への組み込みが容易である。
【００１６】
なお、上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電動歯ブラシの付加機能を有効に動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００１９】
＜第１実施形態＞
（電動歯ブラシの構成）
図１、図２、図３を参照して、電動歯ブラシの構成を説明する。図１は第１実施形態の電動歯ブラシのブロック図であり、図２は第１実施形態の電動歯ブラシの内部構成を示す断面図であり、図３は電動歯ブラシの外観を示す斜視図である。
【００２０】
電動歯ブラシは、駆動源であるモータ１０を内蔵する電動歯ブラシ本体１（以下、単に「本体１」ともいう。）と、ブラシ２１０を有するブラシ部材２とを備えている。本体１は、概ね円筒形状を呈しており、歯を磨く際に使用者が手で握るための把持部を兼ねている。
【００２１】
本体１には、電源のオン／オフを行うためのスイッチＳが設けられている。また本体１の内部には、駆動源であるモータ１０、駆動回路１２、２．４Ｖ電源である充電池１３、充電用のコイル１４などが設けられている。充電池１３を充電する際には、充電器１００に本体１を載置するだけで、電磁誘導により非接触で充電可能である。駆動回路１２は、各種演算・制御を実行するＣＰＵ（入出力処理部）１２０、プログラムや各種設定値を記憶するメモリ１２１、タイマ１２２などを有している。
【００２２】
（加速度センサ）
本体１の内部には、加速度センサ１５が設けられている。加速度センサ１５としては多軸（たとえばｘ，ｙ，ｚの３軸）の加速度センサを用いてもよいし、１軸の加速度センサを用いてもよい。３軸加速度センサの場合は、図３に示すように、ｘ軸がブラシ面に対して平行になり、ｙ軸が本体１の長手方向に一致し、ｚ軸がブラシ面に対して垂直になるように設置するとよい。１軸加速度センサの場合は、図３のｚ軸方向もしくはｘ軸方向の加速度を検出するように設置するとよい。加速度センサ１５の出力はＣＰＵ１２０に入力され、ブラシの三次元姿勢を検出するために利用される。
【００２３】
加速度センサ１５としては、ピエゾ抵抗タイプ、静電容量タイプ、もしくは熱検知タイプのＭＥＭＳセンサを好ましく利用できる。ＭＥＭＳセンサは非常に小型であるため、本体１の内部への組み込みが容易だからである。ただし、加速度センサ１５の形式はこれに限らず、動電式、歪みゲージ式、圧電式などのセンサを利用しても構わない。また特に図示しないが、各軸のセンサの感度のバランス、感度の温度特性、温度ドリフトなどを補正するための補正回路を設けるとよい。また、動加速度成分やノイズを除去するためのバンドパスフィルタ（ローパスフィルタ）を設けてもよい。また、加速度センサの出力波形を平滑化することによりノイズを低減してもよい。
【００２４】
（ブラシの駆動機構）
本体１は、本体１の外筐体の先端側（ブラシ側）の開口部から突き出るように設けられたステム３を有している。上記のブラシ部材２は、このステム３を覆うように装着される
。ブラシ部材２の先端には、ブラシ２１０が植毛されている。ブラシ部材２は消耗部品ゆえ、新品に交換できるよう、ステム３に対して着脱自在な構成となっている。ステム３は、樹脂材からなる、先端（ブラシ側の端部）が閉じた筒状の部材であり、内部に軸受２０３を有している。モータ１０の回転軸１１に連結された偏心軸３０の先端が、この軸受２０３に挿入される。偏心軸３０は、軸受２０３の近傍に重り３００を有しており、偏心軸３０の重心はその回転中心からずれている。ＣＰＵ１２０が動作モードに応じた駆動信号（たとえばパルス幅変調信号）をモータ１０に供給し、モータ１０の回転軸１１を回転させると、回転軸１１の回転に伴って偏心軸３０も回転するが、偏心軸３０は重心がずれているために回転中心の回りに旋回するような運動を行う。よって、偏心軸３０の先端が軸受２０３の内壁に対して衝突を繰り返し、ブラシ２１０を高速に振動（運動）させることとなる。つまり、モータ１０が、ブラシ２１０を振動（運動）させる駆動手段の役割を担い、偏心軸３０が、モータ１０の出力（回転）をブラシ２１０の振動に変換する運動伝達機構（運動変換機構）の役割を担う。
【００２５】
（超音波振動素子）
ブラシ部材２の先端（ブラシ２１０の根元部分）には、超音波振動素子５０が埋設されている。超音波振動素子５０は、所定周波数（たとえば数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ）の超音波振動を出力することによって、歯周ポケットなどに付着した歯垢や細菌嚢を除去・破壊する機能を提供するものである。超音波振動素子５０としては、ピエゾタイプの振動素子を好ましく利用できる。なお歯ブラシの付加機能として利用される超音波振動素子の具体的構造は公知ゆえ、ここではその詳しい説明を省略する。ステム３の先端にはキャップ形状の接点端子３２が設けられている。駆動回路１２からステム内壁に沿って延びるリード線３１が、ステム３の先端に設けられたコンタクトホールを通じて接点端子３２に電気的に接続される。一方、ブラシ部材内の超音波振動素子５０にはバネ状端子３３が接続されている。ブラシ部材２をステム３に装着すると、バネ状端子３３が接点端子３２に接触し、電気的接続が図られる。これにより、超音波振動素子５０への電力供給と、ＣＰＵ１２０による音圧や発信周波数の制御が可能となる。
【００２６】
（超音波振動素子の制御）
超音波振動素子５０は、超音波振動により液体中に真空の空洞（キャビテーション）を発生させ、その空洞が破裂するときに生じる衝撃波により歯垢や細菌の除去・破壊を行うものである（これをキャビテーション効果という）。したがって、液体中では超音波振動による歯垢除去・殺菌作用は期待できるものの、気体中ではその効果はほとんど発揮できない。言い換えれば、超音波振動素子５０が埋設されたブラシ部材２の先端部が口腔内の液体（唾液や洗浄液）にほとんど触れていない状況下では、超音波振動を出力してもほとんど意味がないのである。これをブラッシング部位別に考察すると、歯面（歯の側面）や歯と歯茎の間などを磨いている場合には、口腔内に溜まった液体にブラシ部材２の先端部が触れやすい。しかしながら、歯の噛み合わせ面を磨いている場合には、ブラシ部材２が口腔内の液体に触れにくく、また唾液の分泌も期待できないので、超音波振動による効果はほとんど得られない。
【００２７】
そこで、本実施形態の電動歯ブラシは、加速度センサ１５の出力に基づきブラシの姿勢を検出し、ブラシの姿勢に応じて超音波振動素子５０の出力を自動的に制御する。以下、フローチャートを参照しながら、具体的な制御の内容について説明する。
【００２８】
図４は電動歯ブラシのメインフローを示すフローチャートであり、図５は図４のＳ２０における姿勢検出処理を示すフローチャートである。なお以下に説明する処理は、特にことわりのない限り、ＣＰＵ１２０がプログラムに従って実行する処理である。
【００２９】
電動歯ブラシの電源がＯＮになると、ＣＰＵ１２０は、モータ１０を制御してブラシ２
１０の駆動を開始する（Ｓ１０）。以下に述べるＳ２０〜Ｓ５０の処理は一定時間ごとに繰り返し実行され、電動歯ブラシの電源がＯＦＦになるか、タイマによって計時されていた継続動作時間が所定時間（たとえば２分間）に達すると、図４のルーチンは終了する。
【００３０】
Ｓ２０において、ＣＰＵ１２０は、加速度センサ１５の出力に基づきブラシの姿勢を検出する。
【００３１】
本実施形態では、ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢であるかどうかを判別するだけでよいので、ブラシ角に着目すればよい。ブラシ角とは、歯軸（歯の頭と根に沿った軸）に対するブラシの当たり角であり、簡易的には、ｙ軸周りの角度（ヨー角γ）として検出することができる。
【００３２】
図６の上段は、歯面を磨いている状態を示しており、図６の下段は、噛み合わせ面を磨いている状態を示している。歯面を磨いている姿勢では、ブラシ角（ヨー角γ）は約９０度になり、重力加速度のｘ軸方向成分は約１ｇもしくは−１ｇとなり（ｇは重力加速度、正負は歯列の左右に対応する）、重力加速度のｚ軸方向成分はほぼ０となる。一方、噛み合わせ面を磨いている姿勢では、ブラシ角はほぼ０度になるため、重力加速度のｘ軸方向成分はほぼ０となり、重力加速度のｚ軸方向成分は約１ｇもしくは−１ｇとなる。このように、ブラシ角の変化は、ｘ軸方向及びｚ軸方向の加速度成分に有意な変化をもたらす。したがって、ｘ軸又はｚ軸の加速度センサの出力に基づいて、ブラシ角を推定することが可能である。
【００３３】
図５は、ｚ軸の加速度センサによる姿勢検出処理のフローチャートである。ＣＰＵ１２０は、加速度センサ１５からｚ軸方向の加速度成分Ａｚを取得する（Ｓ２００）。そして、ＣＰＵ１２０は、Ａｚの絶対値と所定の閾値（たとえば０．７ｇ）とを比較する（Ｓ２１０）。Ａｚの絶対値が閾値より大きい場合は、噛み合わせ面を磨いているものと判定し（Ｓ２２０）、閾値以下の場合は、噛み合わせ面でない部位を磨いているものと判定する（Ｓ２３０）。本実施形態では加速度センサ１５及びＣＰＵ１２０のこの機能が、本発明の姿勢検出手段に対応する。
【００３４】
図４のフローに戻り、Ｓ３０において、ＣＰＵ１２０はブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢であるか否かで処理を分岐する。ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢である場合は（Ｓ３０；ＹＥＳ）、ＣＰＵ１２０は、超音波振動素子５０の出力を停止する（Ｓ４０）。一方、ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢でない場合は（Ｓ３０；ＮＯ）、ＣＰＵ１２０は、超音波振動素子５０の出力をＯＮにする（Ｓ５０）。
【００３５】
（本実施形態の利点）
以上述べた本実施形態の制御によれば、噛み合わせ面を磨いている間は超音波振動素子５０の動作を自動的に停止することができる。これにより、超音波振動素子の無駄な動作が抑制されるため、消費電力を抑えることができるとともに、振動素子自体の消耗を抑えることができる。なお消費電力の低減は、本実施形態のような電池式（コードレスタイプ）の電動歯ブラシにおいては極めて有益である。
【００３６】
なお、上記実施形態では噛み合わせ面の場合に超音波振動素子の動作を停止しているが、制御の仕方はこれに限らない。たとえば、噛み合わせ面の場合に超音波振動素子の出力を低下させる（音圧を小さくする）だけでも、消費電力を低減する効果が得られる。また、逆に、噛み合わせ面でない場合に、出力を増大させるようにしてもよい。これにより効率的に超音波振動の効果を発揮させることができる。
【００３７】
また、上記実施形態では、ｚ軸方向の加速度成分Ａｚからブラシの姿勢を判定したが、
姿勢判定の手法はこれに限らない。たとえば、ｘ軸方向の加速度成分Ａｘを用いてもよい。また多軸の加速度センサを用いた場合には、ＡｘとＡｚの両方（たとえばＡｘとＡｚの合成ベクトルの方向）からブラシの姿勢を推定してもよい。
【００３８】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の電動歯ブラシは、出力手段（付加機能）として、光を出力する発光素子を具備している。
【００３９】
図７は、第２実施形態の電動歯ブラシの断面図である。ブラシ部材２の先端（ブラシ２１０の根元部分）には、発光素子５１が設けられている。発光素子５１は、歯肉や歯周ポケットに対して光を照射することによって、口腔内の殺菌を行うものである。発光素子５１としては、たとえば、ＬＥＤやレーザー発光素子などを好適に用いることができる。なお歯ブラシの付加機能として利用される発光素子の具体的構造は公知ゆえ、ここではその詳しい説明を省略する。発光素子５１は、リード線３１、接点端子３２、及びバネ状端子３３を介して、駆動回路１２に電気的に接続されており、ＣＰＵ１２０により発光のＯＮ／ＯＦＦや光量の制御が可能である。
【００４０】
噛み合わせ面を磨いている最中に発光素子５１による光照射を行っても、歯肉や歯周ポケットには光が到達しにくいため、十分な殺菌効果は得られない。したがって、前述の実施形態と同じように、ＣＰＵ１２０は、噛み合わせ面では発光素子５１の出力を低下または停止させ、逆に噛み合わせ面でない場合は発光素子５１の出力をＯＮまたは増大させる。これにより、電池や発光素子の消耗を抑えつつ、付加機能による効果を効率的に得ることができる。
【００４１】
なお、出力手段として、赤外線や紫外線などの不可視光を出力する素子をブラシ部材２の先端に設けてもよい。歯肉に赤外線を照射することにより、温熱効果や血行促進効果が期待できる。また紫外線の照射により、殺菌効果が期待できる。いずれの場合も、噛み合わせ面に対しては十分な効果が期待できないため、上記実施形態と同様、ブラシの姿勢に基づく出力制御を行うことが好ましい。
【００４２】
＜第３実施形態＞
第３実施形態の電動歯ブラシは、出力手段（付加機能）として、熱エネルギを出力する発熱素子を具備している。
【００４３】
図８は、第３実施形態の電動歯ブラシの断面図である。ブラシ部材２の先端（ブラシ２１０の根元部分）には、発熱素子５２が設けられている。発熱素子５２は、歯肉や歯周ポケットに熱エネルギを与えて、温熱効果や血行促進効果などを得るものである。発熱素子５２としては、たとえば、電流により発熱するヒータなどを好適に用いることができる。なお歯ブラシの付加機能として利用される発熱素子の具体的構造は公知ゆえ、ここではその詳しい説明を省略する。発熱素子５２は、リード線３１、接点端子３２、及びバネ状端子３３を介して、駆動回路１２に電気的に接続されており、ＣＰＵ１２０により発熱のＯＮ／ＯＦＦや発熱量の制御が可能である。
【００４４】
噛み合わせ面を磨いている最中に発熱素子５２から熱エネルギを出力しても、歯肉や歯周ポケットには熱が伝わりにくいため、十分な効果は得られない。したがって、前述の実施形態と同じように、ＣＰＵ１２０は、噛み合わせ面では発熱素子５２の出力を低下または停止させ、逆に噛み合わせ面でない場合は発熱素子５２の出力をＯＮまたは増大させる。これにより、電池や発熱素子の消耗を抑えつつ、付加機能による効果を効率的に得ることができる。
【００４５】
＜第４実施形態＞
第４実施形態の電動歯ブラシは、出力手段（付加機能）として、電気刺激を出力する電極を具備している。
【００４６】
図９は、第４実施形態の電動歯ブラシの断面図である。ブラシ部材２の先端（ブラシ２１０の根元部分）には、電極５４が設けられている。電極５４は、歯肉や歯周ポケットに対し、直接もしくはブラシ毛を介して電気パルスを出力し、歯肉の血行促進効果やイオン効果などを得るものである。なお歯ブラシの付加機能として利用される電極の具体的構造は公知ゆえ、ここではその詳しい説明を省略する。電極５４は、リード線３１、接点端子３２、及びバネ状端子３３を介して、駆動回路１２に電気的に接続されており、ＣＰＵ１２０により出力パルスの制御が可能である。
【００４７】
噛み合わせ面を磨いている最中に電気刺激を出力しても、歯肉や歯周ポケットには電気刺激が到達しにくいため、十分な効果は得られない。したがって、前述の実施形態と同じように、ＣＰＵ１２０は、噛み合わせ面では電気刺激の出力を低下または停止させ、逆に噛み合わせ面でない場合は電気刺激の出力をＯＮまたは増大させる。これにより、電池や電極の消耗を抑えつつ、付加機能による効果を効率的に得ることができる。
【００４８】
＜第５実施形態＞
第５実施形態の電動歯ブラシは、出力手段（付加機能）として、液体を出力する機能を具備している。この機能は、歯肉や歯周ポケットに対して液体（薬液や洗浄液など）を吐出することで、殺菌効果や治療効果やマッサージ効果などを得るものである。
【００４９】
図１０は、第５実施形態の電動歯ブラシの断面図である。電動歯ブラシの本体には、液体を収容するタンク５６と、タンク５６から液体を送り出すポンプ５７と、吐出量を調整するためにポンプ５７を制御する制御素子５８が設けられている。またブラシ部材２の先端（ブラシ２１０の根元部分）には、液体を吐出するノズル５５が設けられている。ノズル５５とタンク５６の間の接続構造はたとえば次のように構成可能である。すなわち、タンク５６からステム３の先端部分まで、本体１の筐体内壁及びステム内壁に沿うようにチューブ３４を配設し（不図示）、そのチューブ３４の先端をステム３の外側に突出させる。チューブ３４の先端にはゴム部材３５が装着されている。なお、ステム３の内部空間の断面形状を楕円形にするなどして、チューブ３４を配置するためのスペースを確保するとよい。一方、ノズル５５にはパイプ３６が設けられており、パイプ３６の先端がブラシ部材２の内部空間に突出している。ブラシ部材２をステム３に装着すると、パイプ３６の先端がゴム部材３５の孔に突き刺さり、ノズル５５とチューブ３４との接続が図られる。
【００５０】
この場合も、噛み合わせ面を磨いている最中に液体を吐出しても歯肉や歯周ポケットには到達しないため、十分な効果は得られない。したがって、前述の実施形態と同じように、ＣＰＵ１２０は、噛み合わせ面では液体の吐出量を少なくしたり吐出を停止させ、逆に噛み合わせ面でない場合は液体の吐出をＯＮまたは吐出量を増加させる。これにより、電池や液体の消耗を抑えつつ、付加機能による効果を効率的に得ることができる。
【００５１】
なお、付加機能として、液体ではなく、ノズルから気体若しくは粉体を吐出する機能を設けてもよい。たとえば、歯肉や歯周ポケットにオゾンや薬剤を噴霧することにより、殺菌効果や治療効果などを得ることができる。
【００５２】
＜第６実施形態＞
前述の実施形態では、加速度センサの出力に基づいてブラシの姿勢を検出したが、第６実施形態では、電動歯ブラシの把持部に設けられた複数の接触感知センサの出力に基づいてブラシの姿勢を検出する。もちろん本実施形態の姿勢検出処理は前述のいずれの実施形
態にも適用可能である。
【００５３】
図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、本実施形態の電動歯ブラシは、把持部に４つの接触感知センサ６０〜６３を有している。接触感知センサとしては、静電容量センサ、圧力センサ、光電センサ、温度センサ、スイッチ式のセンサなど、どのようなタイプのセンサを用いることもできる。この種のセンサは小型ゆえ本体１への実装が容易である。接触感知センサは、駆動回路に電気的に接続されている。
【００５４】
接触感知センサ６０〜６３は、把持部のうちブラシ側の端部（つまり、ちょうど人差し指と親指が置かれる部分）において、把持部の周方向に配置される。具体的には、図１１Ａのようにブラシ面を上に向けたときの歯ブラシの姿勢を基準に考えたときに、接触感知センサ６０は把持部の上面側、接触感知センサ６２は把持部の下面側、接触感知センサ６１及び６３は把持部の側面側に配置されている。
【００５５】
上顎の噛み合わせ面を磨く場合には、利用者は、図１１Ａ及び図１１Ｂのように電動歯ブラシ本体１を把持するため、接触感知センサ６０及び６２には指が触れるが、接触感知センサ６１及び６３には指がほとんど触れない。下顎の噛み合わせ面を磨く場合にも同様である。したがって、噛み合わせ面を磨く姿勢の場合には、接触感知センサ６０及び６２から有意な出力が得られる蓋然性が高い。
【００５６】
一方、歯面を磨く場合には、利用者は、図１２Ａ及び図１２Ｂのように電動歯ブラシ本体１を把持する。そのため、接触感知センサ６１及び６３には指が触れるが、接触感知センサ６０及び６２には指がほとんど触れない。したがって、歯面を磨く姿勢の場合には、接触感知センサ６１及び６３から有意な出力が得られる蓋然性が高い。
【００５７】
以上の考察に基づき、本実施形態では、図１３のように姿勢検出を行う。まずＣＰＵ１２０は、それぞれの接触感知センサ６０〜６３の出力Ｃ０〜Ｃ３を取得する（Ｓ３００）。ここでは、接触圧が大きいほどセンサ出力は大きくなるものとする。次にＣＰＵ１２０は、出力Ｃ０とＣ２の和を閾値Ｔ１と比較するとともに、出力Ｃ１とＣ３の和を閾値Ｔ２（ただしＴ１＞Ｔ２）と比較する（Ｓ３１０）。そして、Ｃ０＋Ｃ２＞Ｔ１かつＣ１＋Ｃ３＜Ｔ２の場合は、噛み合わせ面を磨いているものと判定し（Ｓ３２０）、それ以外の場合は、噛み合わせ面でない部位を磨いているものと判定する（Ｓ３３０）。以降の処理は前述の実施形態と同様である。
【００５８】
以上述べた本実施形態の構成によっても、ブラシの姿勢を検知することが可能であり、前述の実施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。
【００５９】
＜その他＞
上述した実施形態の構成は本発明の一具体例を例示したものにすぎない。本発明の範囲は上記実施形態に限られるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。たとえば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせることも好ましい。また、上記実施形態では、偏心分銅による振動方式の電動歯ブラシを例示したが、本発明は他の運動方式の電動歯ブラシにも適用可能である。例えば、回転往復運動や直線往復運動やブラシ毛回転運動やそれらを切り替えて組み合わせた電動歯ブラシにおいても適用可能である。また、充電式でなく、乾電池式の電動歯ブラシや電源コードを接続して使用するタイプにも本発明を適用可能である。
【００６０】
また上述した実施形態では、姿勢検出に加速度センサまたは接触感知センサを利用しているが、他のセンサを用いてもよい。たとえば、加速度センサにジャイロスコープや方位センサを組み合わせることで、姿勢検出の精度を向上してもよい。また、ブラシ部材２の
先端部分に設けた小型カメラで口腔内を撮影し、その画像情報をブラシの姿勢検出に活用してもよい。さらに、ブラシ部材２の先端部分に温度センサや光センサを設け、それらの検出結果をブラシの姿勢検出に活用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は第１実施形態の電動歯ブラシのブロック図である。
【図２】図２は第１実施形態の電動歯ブラシの内部構成を示す断面図である。
【図３】図３は電動歯ブラシの外観を示す斜視図である。
【図４】図４はメインフローを示すフローチャートである。
【図５】図５は姿勢検出処理を示すフローチャートである。
【図６】図６はブラシの姿勢と加速度センサ出力の関係を示す図である。
【図７】図７は第２実施形態の電動歯ブラシの内部構成を示す断面図である。
【図８】図８は第３実施形態の電動歯ブラシの内部構成を示す断面図である。
【図９】図９は第４実施形態の電動歯ブラシの内部構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は第５実施形態の電動歯ブラシの内部構成を示す断面図である。
【図１１】図１１Ａ及び図１１Ｂは第６実施形態の電動歯ブラシにおける、噛み合わせ面を磨く場合の持ち方を示す図である。
【図１２】図１２Ａ及び図１２Ｂは第６実施形態の電動歯ブラシにおける、噛み合わせ面を磨く場合の持ち方を示す図である。
【図１３】図１３は第６実施形態における姿勢検出処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１ 電動歯ブラシ本体
２ ブラシ部材
３ ステム
１０ モータ
１１ 回転軸
１２ 駆動回路
１３ 充電池
１４ コイル
１５ 加速度センサ
３０ 偏心軸
３１ リード線
３２ 接点端子
３３ バネ状端子
３４ チューブ
３５ ゴム部材
３６ パイプ
５０ 超音波振動素子
５１ 発光素子
５２ 発熱素子
５４ 電極
５５ ノズル
５６ タンク
５７ ポンプ
５８ 制御素子
６０、６１、６２、６３ 接触感知センサ
１００ 充電器
１２０ ＣＰＵ
１２１ メモリ
１２２ タイマ
２０３ 軸受
２１０ ブラシ
３００ 重り
Ｓ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動歯ブラシに関する。
【背景技術】
【０００２】
歯垢除去力や施療感の向上、口内環境の改善、商品価値の向上などを目的とし、様々な付加機能をもつ歯ブラシが提案されている。たとえば、光照射により口腔内の殺菌を行う機能をもつ歯ブラシ（特許文献１〜３参照）、ヒータや赤外線により歯肉の血行促進や施療感の向上を図る機能をもつ歯ブラシ（特許文献３〜６参照）、超音波振動による歯垢除去機能をもつ歯ブラシ（特許文献７、８参照）、ブラシやブラシ部材から薬液若しくは気体を吐出する機能をもつ歯ブラシ（特許文献９〜１２参照）、歯肉に対して電気刺激を与える機能をもつ歯ブラシ（特許文献１３参照）などが存在する。
【０００３】
これらの付加機能は主に歯肉組織や歯周ポケットに対して効果を与えるものである。しかしながら、従来の歯ブラシでは、口腔内のどこをブラッシングしているかに拘わらず付加機能を動作させているため、それらの機能が必ずしも有効に発揮されないことがあった。たとえば、噛み合わせ面を磨いている最中に光や赤外線を照射しても歯肉へは光が到達しにくく、十分な効果は得られない。同じように、噛み合わせ面に対して熱や電気刺激を与えたり薬液や気体を吐出しても、目的とする効果は十分に得られない。また、超音波振動は、液体中ではキャビテーション効果により殺菌作用が期待できるが、気体中ではその効果が発揮できない。それゆえ、噛み合わせ面のように唾液の分泌が期待できない箇所では、超音波振動の効果はほとんど得られない。
【０００４】
このように、従来の歯ブラシでは、本来の効果が期待できない部位に対しても付加機能を無駄に動作させている。このような無駄な動作は、特にコードレスタイプの電動歯ブラシにあっては、充電池の消耗を早めるため好ましくない。しかも、無駄な動作は付加機能の寿命を短くする（薬液等の消耗を含む）ことにもつながり、好ましくない。
【０００５】
なお、特許文献１４には、歯ブラシ本体の軸周りの向きを４段階または８段階に検出し、その検出結果からブラッシング部位を推定するというアイデアが開示されている。具体的には、本体内部に複数の扇状の区画が周方向に設けられており、導電性の球がどの区画に入っているかを電気抵抗の変化から検知することで、歯ブラシ本体の向きを推定している。ただしこのような機構は小型化が難しく、実施可能性に乏しい。
【特許文献１】特表２００６−５２１８７５号公報
【特許文献２】特開平３−２５１２０７号公報（特許第２６１５５０５号公報）
【特許文献３】米国特許出願公開第２００７／０２７１７１４号明細書
【特許文献４】特開２００１−１３７０４６号公報
【特許文献５】特開２００１−２９９４５４号公報
【特許文献６】特開平２−５５００５号公報
【特許文献７】特開平２００６−４２９９１号公報
【特許文献８】特開２００３−２４５２８８号公報（特許第３５８６２５２号公報）
【特許文献９】特表２００７−５１６０２９号公報
【特許文献１０】特開２００６−６１４８６号公報
【特許文献１１】特開２００７−１６７０８８号公報
【特許文献１２】実用新案登録第３１００４２５号公報
【特許文献１３】特開２００２−３２５６３４号公報
【特許文献１４】特開２００５−１５２２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、電動歯ブラシの付加機能を有効に動作させるための技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用する。
【０００８】
本発明の電動歯ブラシは、ブラシを有するブラシ部材と、前記ブラシ部材に設けられ、歯、歯と歯茎の間、若しくは歯肉に対して、光、不可視光（赤外線、紫外線など）、熱、電気刺激、超音波振動、液体、気体、又は、粉体を出力する機能を有する出力手段と、前記ブラシの姿勢を検出する姿勢検出手段と、検出された前記ブラシの姿勢に応じて前記出力手段の出力を制御する制御手段と、を備える。
【０００９】
「出力手段」は、ブラシによるブラッシングとは別に、歯、歯と歯茎の間、若しくは歯肉に対して何らかの効果（たとえば、殺菌効果、温熱効果、血行促進効果、清浄効果、治療効果、審美効果など）を与えるための付加機能である。本発明の構成によれば、これらの付加機能が適切な場所やタイミングで有効に動作するように、ブラシの姿勢に応じて出力を自動的に制御することが可能となる。
【００１０】
前記姿勢検出手段は、前記ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢であるか否かを少なくとも検出するものであり、前記制御手段は、噛み合わせ面を磨く姿勢である場合の前記出力手段の出力が、噛み合わせ面を磨く姿勢でない場合の出力よりも、相対的に小さくなるように、前記出力手段の出力を制御することが好ましい。
【００１１】
噛み合わせ面を磨く姿勢のときに、光、不可視光、熱、電気刺激、超音波振動、液体、気体、又は、粉体を出力しても、それらが歯肉若しくは歯周ポケットに到達せず、期待する効果が得られない可能性がある。一方、噛み合わせ面を磨く姿勢でないとき（つまり、歯の側面や歯と歯茎の間などを磨く姿勢の場合）は、ブラシが歯肉や歯周ポケットに接触又は近接しているため、出力手段の出力が歯肉や歯周ポケットに届きやすい。それゆえ、上記のように出力を制御することで、付加機能の効果を適切に発揮させることができる。
【００１２】
具体的には、前記制御手段は、前記ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢である場合に、前記出力手段の出力を低下又は停止させることが好ましい。これにより、出力手段の無駄な動作が抑制されるため、消費電力を抑えることができるとともに、出力手段の消耗を抑えることができる。
【００１３】
さらに、前記制御手段は、前記ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢でない場合に、前記出力手段の出力を増大させることが好ましい。このように、効果が期待できる部位に対して出力を増大あるいは集中させることにより、効率的に最大の効果を得ることが可能となる。
【００１４】
前記姿勢検出手段は、加速度センサの出力に基づいて前記ブラシの姿勢を検出するものであることが好ましい。これにより、高精度にブラシの姿勢を判定できる。また加速度センサは小型ゆえ、電動歯ブラシ本体への組み込みも容易である。１軸の加速度センサを用いることもできるし、好ましくは、多軸（２軸、３軸、又は、それ以上）の加速度センサを用いることもできる。
【００１５】
前記姿勢検出手段は、電動歯ブラシの把持部に設けられた複数の接触感知センサの出力に基づいて前記ブラシの姿勢を検出するものであることも好ましい。接触感知センサも小
型ゆえ、電動歯ブラシ本体（把持部）への組み込みが容易である。
【００１６】
なお、上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電動歯ブラシの付加機能を有効に動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００１９】
＜第１実施形態＞
（電動歯ブラシの構成）
図１、図２、図３を参照して、電動歯ブラシの構成を説明する。図１は第１実施形態の電動歯ブラシのブロック図であり、図２は第１実施形態の電動歯ブラシの内部構成を示す断面図であり、図３は電動歯ブラシの外観を示す斜視図である。
【００２０】
電動歯ブラシは、駆動源であるモータ１０を内蔵する電動歯ブラシ本体１（以下、単に「本体１」ともいう。）と、ブラシ２１０を有するブラシ部材２とを備えている。本体１は、概ね円筒形状を呈しており、歯を磨く際に使用者が手で握るための把持部を兼ねている。
【００２１】
本体１には、電源のオン／オフを行うためのスイッチＳが設けられている。また本体１の内部には、駆動源であるモータ１０、駆動回路１２、２．４Ｖ電源である充電池１３、充電用のコイル１４などが設けられている。充電池１３を充電する際には、充電器１００に本体１を載置するだけで、電磁誘導により非接触で充電可能である。駆動回路１２は、各種演算・制御を実行するＣＰＵ（入出力処理部）１２０、プログラムや各種設定値を記憶するメモリ１２１、タイマ１２２などを有している。
【００２２】
（加速度センサ）
本体１の内部には、加速度センサ１５が設けられている。加速度センサ１５としては多軸（たとえばｘ，ｙ，ｚの３軸）の加速度センサを用いてもよいし、１軸の加速度センサを用いてもよい。３軸加速度センサの場合は、図３に示すように、ｘ軸がブラシ面に対して平行になり、ｙ軸が本体１の長手方向に一致し、ｚ軸がブラシ面に対して垂直になるように設置するとよい。１軸加速度センサの場合は、図３のｚ軸方向もしくはｘ軸方向の加速度を検出するように設置するとよい。加速度センサ１５の出力はＣＰＵ１２０に入力され、ブラシの三次元姿勢を検出するために利用される。
【００２３】
加速度センサ１５としては、ピエゾ抵抗タイプ、静電容量タイプ、もしくは熱検知タイプのＭＥＭＳセンサを好ましく利用できる。ＭＥＭＳセンサは非常に小型であるため、本体１の内部への組み込みが容易だからである。ただし、加速度センサ１５の形式はこれに限らず、動電式、歪みゲージ式、圧電式などのセンサを利用しても構わない。また特に図示しないが、各軸のセンサの感度のバランス、感度の温度特性、温度ドリフトなどを補正するための補正回路を設けるとよい。また、動加速度成分やノイズを除去するためのバンドパスフィルタ（ローパスフィルタ）を設けてもよい。また、加速度センサの出力波形を平滑化することによりノイズを低減してもよい。
【００２４】
（ブラシの駆動機構）
本体１は、本体１の外筐体の先端側（ブラシ側）の開口部から突き出るように設けられたステム３を有している。上記のブラシ部材２は、このステム３を覆うように装着される
。ブラシ部材２の先端には、ブラシ２１０が植毛されている。ブラシ部材２は消耗部品ゆえ、新品に交換できるよう、ステム３に対して着脱自在な構成となっている。ステム３は、樹脂材からなる、先端（ブラシ側の端部）が閉じた筒状の部材であり、内部に軸受２０３を有している。モータ１０の回転軸１１に連結された偏心軸３０の先端が、この軸受２０３に挿入される。偏心軸３０は、軸受２０３の近傍に重り３００を有しており、偏心軸３０の重心はその回転中心からずれている。ＣＰＵ１２０が動作モードに応じた駆動信号（たとえばパルス幅変調信号）をモータ１０に供給し、モータ１０の回転軸１１を回転させると、回転軸１１の回転に伴って偏心軸３０も回転するが、偏心軸３０は重心がずれているために回転中心の回りに旋回するような運動を行う。よって、偏心軸３０の先端が軸受２０３の内壁に対して衝突を繰り返し、ブラシ２１０を高速に振動（運動）させることとなる。つまり、モータ１０が、ブラシ２１０を振動（運動）させる駆動手段の役割を担い、偏心軸３０が、モータ１０の出力（回転）をブラシ２１０の振動に変換する運動伝達機構（運動変換機構）の役割を担う。
【００２５】
（超音波振動素子）
ブラシ部材２の先端（ブラシ２１０の根元部分）には、超音波振動素子５０が埋設されている。超音波振動素子５０は、所定周波数（たとえば数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ）の超音波振動を出力することによって、歯周ポケットなどに付着した歯垢や細菌嚢を除去・破壊する機能を提供するものである。超音波振動素子５０としては、ピエゾタイプの振動素子を好ましく利用できる。なお歯ブラシの付加機能として利用される超音波振動素子の具体的構造は公知ゆえ、ここではその詳しい説明を省略する。ステム３の先端にはキャップ形状の接点端子３２が設けられている。駆動回路１２からステム内壁に沿って延びるリード線３１が、ステム３の先端に設けられたコンタクトホールを通じて接点端子３２に電気的に接続される。一方、ブラシ部材内の超音波振動素子５０にはバネ状端子３３が接続されている。ブラシ部材２をステム３に装着すると、バネ状端子３３が接点端子３２に接触し、電気的接続が図られる。これにより、超音波振動素子５０への電力供給と、ＣＰＵ１２０による音圧や発信周波数の制御が可能となる。
【００２６】
（超音波振動素子の制御）
超音波振動素子５０は、超音波振動により液体中に真空の空洞（キャビテーション）を発生させ、その空洞が破裂するときに生じる衝撃波により歯垢や細菌の除去・破壊を行うものである（これをキャビテーション効果という）。したがって、液体中では超音波振動による歯垢除去・殺菌作用は期待できるものの、気体中ではその効果はほとんど発揮できない。言い換えれば、超音波振動素子５０が埋設されたブラシ部材２の先端部が口腔内の液体（唾液や洗浄液）にほとんど触れていない状況下では、超音波振動を出力してもほとんど意味がないのである。これをブラッシング部位別に考察すると、歯面（歯の側面）や歯と歯茎の間などを磨いている場合には、口腔内に溜まった液体にブラシ部材２の先端部が触れやすい。しかしながら、歯の噛み合わせ面を磨いている場合には、ブラシ部材２が口腔内の液体に触れにくく、また唾液の分泌も期待できないので、超音波振動による効果はほとんど得られない。
【００２７】
そこで、本実施形態の電動歯ブラシは、加速度センサ１５の出力に基づきブラシの姿勢を検出し、ブラシの姿勢に応じて超音波振動素子５０の出力を自動的に制御する。以下、フローチャートを参照しながら、具体的な制御の内容について説明する。
【００２８】
図４は電動歯ブラシのメインフローを示すフローチャートであり、図５は図４のＳ２０における姿勢検出処理を示すフローチャートである。なお以下に説明する処理は、特にことわりのない限り、ＣＰＵ１２０がプログラムに従って実行する処理である。
【００２９】
電動歯ブラシの電源がＯＮになると、ＣＰＵ１２０は、モータ１０を制御してブラシ２
１０の駆動を開始する（Ｓ１０）。以下に述べるＳ２０〜Ｓ５０の処理は一定時間ごとに繰り返し実行され、電動歯ブラシの電源がＯＦＦになるか、タイマによって計時されていた継続動作時間が所定時間（たとえば２分間）に達すると、図４のルーチンは終了する。
【００３０】
Ｓ２０において、ＣＰＵ１２０は、加速度センサ１５の出力に基づきブラシの姿勢を検出する。
【００３１】
本実施形態では、ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢であるかどうかを判別するだけでよいので、ブラシ角に着目すればよい。ブラシ角とは、歯軸（歯の頭と根に沿った軸）に対するブラシの当たり角であり、簡易的には、ｙ軸周りの角度（ヨー角γ）として検出することができる。
【００３２】
図６の上段は、歯面を磨いている状態を示しており、図６の下段は、噛み合わせ面を磨いている状態を示している。歯面を磨いている姿勢では、ブラシ角（ヨー角γ）は約９０度になり、重力加速度のｘ軸方向成分は約１ｇもしくは−１ｇとなり（ｇは重力加速度、正負は歯列の左右に対応する）、重力加速度のｚ軸方向成分はほぼ０となる。一方、噛み合わせ面を磨いている姿勢では、ブラシ角はほぼ０度になるため、重力加速度のｘ軸方向成分はほぼ０となり、重力加速度のｚ軸方向成分は約１ｇもしくは−１ｇとなる。このように、ブラシ角の変化は、ｘ軸方向及びｚ軸方向の加速度成分に有意な変化をもたらす。したがって、ｘ軸又はｚ軸の加速度センサの出力に基づいて、ブラシ角を推定することが可能である。
【００３３】
図５は、ｚ軸の加速度センサによる姿勢検出処理のフローチャートである。ＣＰＵ１２０は、加速度センサ１５からｚ軸方向の加速度成分Ａｚを取得する（Ｓ２００）。そして、ＣＰＵ１２０は、Ａｚの絶対値と所定の閾値（たとえば０．７ｇ）とを比較する（Ｓ２１０）。Ａｚの絶対値が閾値より大きい場合は、噛み合わせ面を磨いているものと判定し（Ｓ２２０）、閾値以下の場合は、噛み合わせ面でない部位を磨いているものと判定する（Ｓ２３０）。本実施形態では加速度センサ１５及びＣＰＵ１２０のこの機能が、本発明の姿勢検出手段に対応する。
【００３４】
図４のフローに戻り、Ｓ３０において、ＣＰＵ１２０はブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢であるか否かで処理を分岐する。ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢である場合は（Ｓ３０；ＹＥＳ）、ＣＰＵ１２０は、超音波振動素子５０の出力を停止する（Ｓ４０）。一方、ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢でない場合は（Ｓ３０；ＮＯ）、ＣＰＵ１２０は、超音波振動素子５０の出力をＯＮにする（Ｓ５０）。
【００３５】
（本実施形態の利点）
以上述べた本実施形態の制御によれば、噛み合わせ面を磨いている間は超音波振動素子５０の動作を自動的に停止することができる。これにより、超音波振動素子の無駄な動作が抑制されるため、消費電力を抑えることができるとともに、振動素子自体の消耗を抑えることができる。なお消費電力の低減は、本実施形態のような電池式（コードレスタイプ）の電動歯ブラシにおいては極めて有益である。
【００３６】
なお、上記実施形態では噛み合わせ面の場合に超音波振動素子の動作を停止しているが、制御の仕方はこれに限らない。たとえば、噛み合わせ面の場合に超音波振動素子の出力を低下させる（音圧を小さくする）だけでも、消費電力を低減する効果が得られる。また、逆に、噛み合わせ面でない場合に、出力を増大させるようにしてもよい。これにより効率的に超音波振動の効果を発揮させることができる。
【００３７】
また、上記実施形態では、ｚ軸方向の加速度成分Ａｚからブラシの姿勢を判定したが、
姿勢判定の手法はこれに限らない。たとえば、ｘ軸方向の加速度成分Ａｘを用いてもよい。また多軸の加速度センサを用いた場合には、ＡｘとＡｚの両方（たとえばＡｘとＡｚの合成ベクトルの方向）からブラシの姿勢を推定してもよい。
【００３８】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の電動歯ブラシは、出力手段（付加機能）として、光を出力する発光素子を具備している。
【００３９】
図７は、第２実施形態の電動歯ブラシの断面図である。ブラシ部材２の先端（ブラシ２１０の根元部分）には、発光素子５１が設けられている。発光素子５１は、歯肉や歯周ポケットに対して光を照射することによって、口腔内の殺菌を行うものである。発光素子５１としては、たとえば、ＬＥＤやレーザー発光素子などを好適に用いることができる。なお歯ブラシの付加機能として利用される発光素子の具体的構造は公知ゆえ、ここではその詳しい説明を省略する。発光素子５１は、リード線３１、接点端子３２、及びバネ状端子３３を介して、駆動回路１２に電気的に接続されており、ＣＰＵ１２０により発光のＯＮ／ＯＦＦや光量の制御が可能である。
【００４０】
噛み合わせ面を磨いている最中に発光素子５１による光照射を行っても、歯肉や歯周ポケットには光が到達しにくいため、十分な殺菌効果は得られない。したがって、前述の実施形態と同じように、ＣＰＵ１２０は、噛み合わせ面では発光素子５１の出力を低下または停止させ、逆に噛み合わせ面でない場合は発光素子５１の出力をＯＮまたは増大させる。これにより、電池や発光素子の消耗を抑えつつ、付加機能による効果を効率的に得ることができる。
【００４１】
なお、出力手段として、赤外線や紫外線などの不可視光を出力する素子をブラシ部材２の先端に設けてもよい。歯肉に赤外線を照射することにより、温熱効果や血行促進効果が期待できる。また紫外線の照射により、殺菌効果が期待できる。いずれの場合も、噛み合わせ面に対しては十分な効果が期待できないため、上記実施形態と同様、ブラシの姿勢に基づく出力制御を行うことが好ましい。
【００４２】
＜第３実施形態＞
第３実施形態の電動歯ブラシは、出力手段（付加機能）として、熱エネルギを出力する発熱素子を具備している。
【００４３】
図８は、第３実施形態の電動歯ブラシの断面図である。ブラシ部材２の先端（ブラシ２１０の根元部分）には、発熱素子５２が設けられている。発熱素子５２は、歯肉や歯周ポケットに熱エネルギを与えて、温熱効果や血行促進効果などを得るものである。発熱素子５２としては、たとえば、電流により発熱するヒータなどを好適に用いることができる。なお歯ブラシの付加機能として利用される発熱素子の具体的構造は公知ゆえ、ここではその詳しい説明を省略する。発熱素子５２は、リード線３１、接点端子３２、及びバネ状端子３３を介して、駆動回路１２に電気的に接続されており、ＣＰＵ１２０により発熱のＯＮ／ＯＦＦや発熱量の制御が可能である。
【００４４】
噛み合わせ面を磨いている最中に発熱素子５２から熱エネルギを出力しても、歯肉や歯周ポケットには熱が伝わりにくいため、十分な効果は得られない。したがって、前述の実施形態と同じように、ＣＰＵ１２０は、噛み合わせ面では発熱素子５２の出力を低下または停止させ、逆に噛み合わせ面でない場合は発熱素子５２の出力をＯＮまたは増大させる。これにより、電池や発熱素子の消耗を抑えつつ、付加機能による効果を効率的に得ることができる。
【００４５】
＜第４実施形態＞
第４実施形態の電動歯ブラシは、出力手段（付加機能）として、電気刺激を出力する電極を具備している。
【００４６】
図９は、第４実施形態の電動歯ブラシの断面図である。ブラシ部材２の先端（ブラシ２１０の根元部分）には、電極５４が設けられている。電極５４は、歯肉や歯周ポケットに対し、直接もしくはブラシ毛を介して電気パルスを出力し、歯肉の血行促進効果やイオン効果などを得るものである。なお歯ブラシの付加機能として利用される電極の具体的構造は公知ゆえ、ここではその詳しい説明を省略する。電極５４は、リード線３１、接点端子３２、及びバネ状端子３３を介して、駆動回路１２に電気的に接続されており、ＣＰＵ１２０により出力パルスの制御が可能である。
【００４７】
噛み合わせ面を磨いている最中に電気刺激を出力しても、歯肉や歯周ポケットには電気刺激が到達しにくいため、十分な効果は得られない。したがって、前述の実施形態と同じように、ＣＰＵ１２０は、噛み合わせ面では電気刺激の出力を低下または停止させ、逆に噛み合わせ面でない場合は電気刺激の出力をＯＮまたは増大させる。これにより、電池や電極の消耗を抑えつつ、付加機能による効果を効率的に得ることができる。
【００４８】
＜第５実施形態＞
第５実施形態の電動歯ブラシは、出力手段（付加機能）として、液体を出力する機能を具備している。この機能は、歯肉や歯周ポケットに対して液体（薬液や洗浄液など）を吐出することで、殺菌効果や治療効果やマッサージ効果などを得るものである。
【００４９】
図１０は、第５実施形態の電動歯ブラシの断面図である。電動歯ブラシの本体には、液体を収容するタンク５６と、タンク５６から液体を送り出すポンプ５７と、吐出量を調整するためにポンプ５７を制御する制御素子５８が設けられている。またブラシ部材２の先端（ブラシ２１０の根元部分）には、液体を吐出するノズル５５が設けられている。ノズル５５とタンク５６の間の接続構造はたとえば次のように構成可能である。すなわち、タンク５６からステム３の先端部分まで、本体１の筐体内壁及びステム内壁に沿うようにチューブ３４を配設し（不図示）、そのチューブ３４の先端をステム３の外側に突出させる。チューブ３４の先端にはゴム部材３５が装着されている。なお、ステム３の内部空間の断面形状を楕円形にするなどして、チューブ３４を配置するためのスペースを確保するとよい。一方、ノズル５５にはパイプ３６が設けられており、パイプ３６の先端がブラシ部材２の内部空間に突出している。ブラシ部材２をステム３に装着すると、パイプ３６の先端がゴム部材３５の孔に突き刺さり、ノズル５５とチューブ３４との接続が図られる。
【００５０】
この場合も、噛み合わせ面を磨いている最中に液体を吐出しても歯肉や歯周ポケットには到達しないため、十分な効果は得られない。したがって、前述の実施形態と同じように、ＣＰＵ１２０は、噛み合わせ面では液体の吐出量を少なくしたり吐出を停止させ、逆に噛み合わせ面でない場合は液体の吐出をＯＮまたは吐出量を増加させる。これにより、電池や液体の消耗を抑えつつ、付加機能による効果を効率的に得ることができる。
【００５１】
なお、付加機能として、液体ではなく、ノズルから気体若しくは粉体を吐出する機能を設けてもよい。たとえば、歯肉や歯周ポケットにオゾンや薬剤を噴霧することにより、殺菌効果や治療効果などを得ることができる。
【００５２】
＜第６実施形態＞
前述の実施形態では、加速度センサの出力に基づいてブラシの姿勢を検出したが、第６実施形態では、電動歯ブラシの把持部に設けられた複数の接触感知センサの出力に基づいてブラシの姿勢を検出する。もちろん本実施形態の姿勢検出処理は前述のいずれの実施形
態にも適用可能である。
【００５３】
図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、本実施形態の電動歯ブラシは、把持部に４つの接触感知センサ６０〜６３を有している。接触感知センサとしては、静電容量センサ、圧力センサ、光電センサ、温度センサ、スイッチ式のセンサなど、どのようなタイプのセンサを用いることもできる。この種のセンサは小型ゆえ本体１への実装が容易である。接触感知センサは、駆動回路に電気的に接続されている。
【００５４】
接触感知センサ６０〜６３は、把持部のうちブラシ側の端部（つまり、ちょうど人差し指と親指が置かれる部分）において、把持部の周方向に配置される。具体的には、図１１Ａのようにブラシ面を上に向けたときの歯ブラシの姿勢を基準に考えたときに、接触感知センサ６０は把持部の上面側、接触感知センサ６２は把持部の下面側、接触感知センサ６１及び６３は把持部の側面側に配置されている。
【００５５】
上顎の噛み合わせ面を磨く場合には、利用者は、図１１Ａ及び図１１Ｂのように電動歯ブラシ本体１を把持するため、接触感知センサ６０及び６２には指が触れるが、接触感知センサ６１及び６３には指がほとんど触れない。下顎の噛み合わせ面を磨く場合にも同様である。したがって、噛み合わせ面を磨く姿勢の場合には、接触感知センサ６０及び６２から有意な出力が得られる蓋然性が高い。
【００５６】
一方、歯面を磨く場合には、利用者は、図１２Ａ及び図１２Ｂのように電動歯ブラシ本体１を把持する。そのため、接触感知センサ６１及び６３には指が触れるが、接触感知センサ６０及び６２には指がほとんど触れない。したがって、歯面を磨く姿勢の場合には、接触感知センサ６１及び６３から有意な出力が得られる蓋然性が高い。
【００５７】
以上の考察に基づき、本実施形態では、図１３のように姿勢検出を行う。まずＣＰＵ１２０は、それぞれの接触感知センサ６０〜６３の出力Ｃ０〜Ｃ３を取得する（Ｓ３００）。ここでは、接触圧が大きいほどセンサ出力は大きくなるものとする。次にＣＰＵ１２０は、出力Ｃ０とＣ２の和を閾値Ｔ１と比較するとともに、出力Ｃ１とＣ３の和を閾値Ｔ２（ただしＴ１＞Ｔ２）と比較する（Ｓ３１０）。そして、Ｃ０＋Ｃ２＞Ｔ１かつＣ１＋Ｃ３＜Ｔ２の場合は、噛み合わせ面を磨いているものと判定し（Ｓ３２０）、それ以外の場合は、噛み合わせ面でない部位を磨いているものと判定する（Ｓ３３０）。以降の処理は前述の実施形態と同様である。
【００５８】
以上述べた本実施形態の構成によっても、ブラシの姿勢を検知することが可能であり、前述の実施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。
【００５９】
＜その他＞
上述した実施形態の構成は本発明の一具体例を例示したものにすぎない。本発明の範囲は上記実施形態に限られるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。たとえば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせることも好ましい。また、上記実施形態では、偏心分銅による振動方式の電動歯ブラシを例示したが、本発明は他の運動方式の電動歯ブラシにも適用可能である。例えば、回転往復運動や直線往復運動やブラシ毛回転運動やそれらを切り替えて組み合わせた電動歯ブラシにおいても適用可能である。また、充電式でなく、乾電池式の電動歯ブラシや電源コードを接続して使用するタイプにも本発明を適用可能である。
【００６０】
また上述した実施形態では、姿勢検出に加速度センサまたは接触感知センサを利用しているが、他のセンサを用いてもよい。たとえば、加速度センサにジャイロスコープや方位センサを組み合わせることで、姿勢検出の精度を向上してもよい。また、ブラシ部材２の
先端部分に設けた小型カメラで口腔内を撮影し、その画像情報をブラシの姿勢検出に活用してもよい。さらに、ブラシ部材２の先端部分に温度センサや光センサを設け、それらの検出結果をブラシの姿勢検出に活用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は第１実施形態の電動歯ブラシのブロック図である。
【図２】図２は第１実施形態の電動歯ブラシの内部構成を示す断面図である。
【図３】図３は電動歯ブラシの外観を示す斜視図である。
【図４】図４はメインフローを示すフローチャートである。
【図５】図５は姿勢検出処理を示すフローチャートである。
【図６】図６はブラシの姿勢と加速度センサ出力の関係を示す図である。
【図７】図７は第２実施形態の電動歯ブラシの内部構成を示す断面図である。
【図８】図８は第３実施形態の電動歯ブラシの内部構成を示す断面図である。
【図９】図９は第４実施形態の電動歯ブラシの内部構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は第５実施形態の電動歯ブラシの内部構成を示す断面図である。
【図１１】図１１Ａ及び図１１Ｂは第６実施形態の電動歯ブラシにおける、噛み合わせ面を磨く場合の持ち方を示す図である。
【図１２】図１２Ａ及び図１２Ｂは第６実施形態の電動歯ブラシにおける、噛み合わせ面を磨く場合の持ち方を示す図である。
【図１３】図１３は第６実施形態における姿勢検出処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１ 電動歯ブラシ本体
２ ブラシ部材
３ ステム
１０ モータ
１１ 回転軸
１２ 駆動回路
１３ 充電池
１４ コイル
１５ 加速度センサ
３０ 偏心軸
３１ リード線
３２ 接点端子
３３ バネ状端子
３４ チューブ
３５ ゴム部材
３６ パイプ
５０ 超音波振動素子
５１ 発光素子
５２ 発熱素子
５４ 電極
５５ ノズル
５６ タンク
５７ ポンプ
５８ 制御素子
６０、６１、６２、６３ 接触感知センサ
１００ 充電器
１２０ ＣＰＵ
１２１ メモリ
１２２ タイマ
２０３ 軸受
２１０ ブラシ
３００ 重り
Ｓ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシを有するブラシ部材と、
前記ブラシ部材に設けられ、歯、歯と歯茎の間、若しくは歯肉に対して、光、不可視光、熱、電気刺激、超音波振動、液体、気体、又は、粉体を出力する機能を有する出力手段と、
前記ブラシの姿勢を検出する姿勢検出手段と、
検出された前記ブラシの姿勢に応じて前記出力手段の出力を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする電動歯ブラシ。
【請求項２】
前記姿勢検出手段は、前記ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢であるか否かを少なくとも検出するものであり、
前記制御手段は、噛み合わせ面を磨く姿勢である場合の前記出力手段の出力が、噛み合わせ面を磨く姿勢でない場合の出力よりも、相対的に小さくなるように、前記出力手段の出力を制御することを特徴とする請求項１に記載の電動歯ブラシ。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢である場合に、前記出力手段の出力を低下又は停止させることを特徴とする請求項２に記載の電動歯ブラシ。
【請求項４】
前記制御手段は、前記ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢でない場合に、前記出力手段の出力を増大させることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動歯ブラシ。
【請求項５】
前記姿勢検出手段は、加速度センサの出力に基づいて前記ブラシの姿勢を検出するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動歯ブラシ。
【請求項６】
前記姿勢検出手段は、電動歯ブラシの把持部に設けられた複数の接触感知センサの出力に基づいて前記ブラシの姿勢を検出するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動歯ブラシ。
【請求項１】
ブラシを有するブラシ部材と、
前記ブラシ部材に設けられ、歯、歯と歯茎の間、若しくは歯肉に対して、光、不可視光、熱、電気刺激、超音波振動、液体、気体、又は、粉体を出力する機能を有する出力手段と、
前記ブラシの姿勢を検出する姿勢検出手段と、
検出された前記ブラシの姿勢に応じて前記出力手段の出力を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする電動歯ブラシ。
【請求項２】
前記姿勢検出手段は、前記ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢であるか否かを少なくとも検出するものであり、
前記制御手段は、噛み合わせ面を磨く姿勢である場合の前記出力手段の出力が、噛み合わせ面を磨く姿勢でない場合の出力よりも、相対的に小さくなるように、前記出力手段の出力を制御することを特徴とする請求項１に記載の電動歯ブラシ。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢である場合に、前記出力手段の出力を低下又は停止させることを特徴とする請求項２に記載の電動歯ブラシ。
【請求項４】
前記制御手段は、前記ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢でない場合に、前記出力手段の出力を増大させることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動歯ブラシ。
【請求項５】
前記姿勢検出手段は、加速度センサの出力に基づいて前記ブラシの姿勢を検出するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動歯ブラシ。
【請求項６】
前記姿勢検出手段は、電動歯ブラシの把持部に設けられた複数の接触感知センサの出力に基づいて前記ブラシの姿勢を検出するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動歯ブラシ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−２７３６２１（Ｐ２００９−２７３６２１Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２６８９９（Ｐ２００８−１２６８９９）
【出願日】平成２０年５月１４日（２００８．５．１４）
【出願人】（５０３２４６０１５）オムロンヘルスケア株式会社 (584)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１４日（２００８．５．１４）
【出願人】（５０３２４６０１５）オムロンヘルスケア株式会社 (584)
【Ｆターム（参考）】
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