CN102355870A - 电动牙刷 - Google Patents

Abstract

电动牙刷具有：电动牙刷本体，其设有牙刷的驱动源；姿势传感器，其用于检测上述电动牙刷本体的姿势；控制单元，其根据对姿势值(S)与预先设定的阈值进行比较的结果，来切换电动牙刷的工作模式，上述姿势值是从上述姿势传感器的输出值来计算得到的值。将阈值(A)与阈值(A-α)设定为不同的值，上述阈值(A)是在从工作模式1切换到工作模式2的切换判断中使用的阈值，上述阈值(A-α)是在从工作模式2切换到工作模式1的切换判断中使用的阈值。

Description

电动牙刷

技术领域

本发明涉及电动牙刷。

背景技术

已知有通过将高速振动或者旋转的牙刷与牙齿相接触的方法来进行洗刷(去除食物残渣、牙垢)的类型的电动牙刷。最近还出现了具有能够切换牙刷的工作模式(频率、振动方式等)功能的高附加值的商品。在这种电动牙刷中，根据洗刷部位的不同可以推荐选择适当的牙刷角度(牙刷与牙轴所成角度)和工作模式。例如在洗刷牙周袋(牙齿与牙床之间)时，如果将牙刷以相对于牙轴45度接触，则刷毛的前端很容易进入到牙周袋中，因此能够有效去除牙垢。在洗刷牙齿的侧面(牙表面)时，可以将牙刷以相对于牙轴90度接触，并且优选选择对牙龈的刺激小的工作模式。

其中，在专利文献1中提出了利用加速度传感器、地磁场传感器以及角速度传感器来判断牙刷的位置和运动，以此并评价用户的刷牙动作质量的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际专利公开第2006/137648号(日本特表2008-543418号公报)

发明内容

发明要解决的课题

本发明人等进行了具有如下功能的电动牙刷的开发：利用姿势传感器来检测牙刷本体的姿势，并根据该检测结果自动切换到适当的工作模式。在这过程中本发明人等提出了如下课题。其中为了便于说明，以牙刷角度为45度的情况下切换到适合于对牙周袋进行洗刷的工作模式的功能为例对课题进行说明。

如果只在牙刷角度正好为45度时将工作模式切换到牙周袋用的工作模式，则用户很难进行角度定位以及角度维持。因此在实际的产品中采用如下控制：例如具有±10度的容许范围，牙刷角度一旦在35度～55度的范围内就切换到牙周袋用的工作模式。在这种情况下，为了使刷毛的前端朝向牙周袋，即为了使牙刷角度维持在45度附近，需要用户旋转牙刷本体，当牙刷角度超过35度(或者牙刷角度小于55度时)时切换工作模式。为了在牙周袋用的工作模式下持续进行洗刷，需要用户将牙刷角度维持在上述范围内。但是在变更洗刷位置(将牙刷移动到别的牙齿的牙周袋)的过程中会出现牙刷角度不落在上述范围的情况。并且，由于牙刷的驱动源(马达等)的振动会作为噪声成分叠加到传感器输出信号上，因此该振动噪声会引起牙刷角度值的变化，也有可能脱离上述范围。尤其是牙刷角度在上述范围的边界值(35度、55度)附近的情况下，工作模式的切换很频繁，工作状态会变得不稳定。并且随着工作模式的切换，工作声音、传递给手的振动会频繁变化，因此有可能会对用户带来不适感。

本发明是鉴于上述课题提出来的，其目的在于提供一种在根据姿势自动切换工作模式的电动牙刷中，能够抑制由于驱动源的振动等因素引起的工作模式的频繁切换的技术。

用于解决课题的手段

为了达到上述目的本发明采用以下构成。即本发明的电动牙刷具有：电动牙刷本体，其设有牙刷的驱动源；姿势传感器，其用于检测上述电动牙刷本体的姿势；控制单元，其根据对姿势值与预先设定的阈值进行比较的结果，来切换电动牙刷的工作模式，上述姿势值是从上述姿势传感器的输出值来计算得到的值，将第一阈值与第二阈值设定为不同的值，上述第一阈值是在从第一工作模式切换到第二工作模式的切换判断中使用的上述阈值，上述第二阈值是在从上述第二工作模式切换到上述第一工作模式的切换判断中使用的上述阈值。

根据该结构，在第一工作模式和第二工作模式的切换边界上会产生相当于第一阈值与第二阈值之差的余量(间隙)。由于可以利用该余量来吸收边界附近的姿势值的变化，因此能够抑制工作模式的频繁切换。

将上述第一阈值和上述第二阈值优选地设定为，使两者之差大于因上述驱动源的振动而引起的上述姿势值的变化幅度的最大值。将余量设定为该值，就能够尽可能地防止因驱动源的振动(噪声)而引起的工作模式的切换。

具体地，优选的是，上述第一阈值大于上述第二阈值，在上述第一工作模式中，若上述姿势值超过上述第一阈值，则上述控制单元将上述第一工作模式切换到上述第二工作模式，在上述第二工作模式中，若上述姿势值小于上述第二阈值，则上述控制单元将上述第二工作模式切换到上述第一工作模式。

优选的是，上述第一阈值大于上述第二阈值，在上述第一工作模式中，若上述姿势值超过上述第一阈值的状态维持了规定时间，则上述控制单元将上述第一工作模式切换到上述第二工作模式，在上述第二工作模式中，若上述姿势值小于上述第二阈值的状态维持了规定时间，则上述控制单元将上述第二工作模式切换到上述第一工作模式。

优选的是，上述姿势传感器为加速度传感器，上述姿势值是上述加速度传感器的输出值的函数。

另外，可以将上述各种单元以及处理相互组合来构成本发明。

发明的效果

根据本发明，能够提供支持利用适当的牙刷角度进行洗刷的、操作性良好的电动牙刷。

附图说明

图1是电动牙刷的框图。

图2是表示电动牙刷的内部结构的剖视图。

图3是表示电动牙刷的外观的立体图。

图4的(A)部分至图4的(C)部分是说明工作模式的图。

图5是表示电动牙刷的工作的主程序的流程图。

图6是说明牙刷角度以及姿势值的计算公式的图。

图7的(A)部分是说明本实施方式的工作模式切换控制的图，图7的(B)部分是说明比较例的图。

图8的(A)部分是说明本实施方式的工作模式切换控制的变形例的图，图8的(B)部分是说明比较例的图。

具体实施方式

下面参照附图，示意性地对该发明的优选实施方式进行详细说明。

(电动牙刷的结构)

参照图1、图2、图3说明电动牙刷的构成。图1是本实施方式的电动牙刷的框图，图2是表示电动牙刷的内部结构的剖视图，图3是表示电动牙刷的外观的立体图。

电动牙刷具有电动牙刷本体1(以下简称为“本体1”)、安装在本体1上的刷子部件2。

本体1的框体由大致呈圆筒形状的树脂外壳构成。在本体1上设有：把手部16，刷牙时使用者将其握在手中；开关S，其用于切换电源的接通/断开F、模式等；LED123等。

并且在本体1的内部设有作为驱动源的马达10、驱动电路12、作为2.4V电源的充电电池13、充电用线圈14等。在对充电电池13进行充电时，只需将本体1放置在充电器100上，就能够利用电磁感应以非接触方式进行充电。驱动电路12具有执行各种计算、控制的CPU(输入输出处理部)120、存储程序、各种设定值的存储器121、计时器122等。

(加速度传感器)

在本体1的内部设有作为姿势传感器的加速度传感器15。作为加速度传感器15可以使用多轴的加速度传感器，也可以使用单轴的加速度传感器。如果是三轴加速度传感器，则如图3所示地，x轴与牙刷面相平行，y轴与本体1的长度方向相一致，z轴与牙刷面相垂直。“牙刷面”是指与刷毛(纤维)大致正交且位于刷毛的前端部分的假想的平面。如果是单轴加速度传感器，则可以设置成检测图3的z轴方向或者x轴方向的加速度。其中在本实施方式中，使用了x、y、z三轴加速度传感器。加速度传感器15的输出信号输入到CPU120中，用于检测电动牙刷的三维姿势。

作为加速度传感器15优选利用压阻类型、静电容量类型或者热检类型的MEMS传感器。由于MEMS传感器非常小，因此很容易安装在本体1的内部。但是加速度传感器15的形式不局限于此，还可以利用电动式、应变式、压电式等方式的传感器。并且虽然没有特别图示，但是还可以设置用于校正各轴传感器灵敏度的平衡、灵敏度的温度特性、温度漂移等的校正电路。并且可以设置用于消除动态加速度成分、噪声的带通滤波器(低通滤波器)，还可以设置用于消除(减少)马达的振动噪声的滤波器。并且，还可以通过使加速度传感器的输出波形变得平滑的方法来减少噪声。

(牙刷的驱动机构)

本体1具有杆3，该杆3以从框体的前端侧(牙刷侧)的开口部突出的方式设置。上述刷子部件2以覆盖该杆3的方式安装。在刷子部件2的前端上植有刷子20。由于刷子部件2是消耗部件，因此采用其相对于杆3可以自由拆装的结构，以便于更换新部件。

杆3是由树脂材料构成的、前端(刷子侧的端部)封闭的筒状的部件，在筒内部的前端具有轴承32。与马达10的旋转轴11相连结的偏心轴30的前端插入到杆3的轴承32中。该偏心轴30在轴承32的附近具有配重件31，偏心轴30的重心与该配重件31的旋转中心彼此错开。CPU120向马达10供给与工作模式相对应的驱动信号(例如脉冲宽度调制信号)，当马达10的旋转轴旋转时，伴随着旋转轴11的旋转偏心轴30也同时旋转，但是由于偏心轴30的重心偏移，因此会在旋转中心的周围进行旋转运动。从而偏心轴30的前端反复地对轴承32的内壁施加微小的冲击，使刷子20高速振动(运动)。即，马达10起到使刷子振动(运动)的驱动单元的作用，偏心轴30起到使马达10的输出(旋转)转换为刷子20的振动的运动传动机构(运动转换机构)的作用。

(电动牙刷的工作)

如图4的(A)部分、图4的(B)部分、图4的(C)部分所示，本实施方式的电动牙刷具有三种工作模式。在该电动牙刷中，利用加速度传感器15来检测牙刷本体的姿势(具体为牙刷角度)，根据牙刷角度自动切换到适当的工作模式。其中“spm”是表示一分钟内的摆动次数的单位。

(A)工作模式1(牙垢去除模式)…能得到最强的牙垢去除能力、适合洗刷啮合面的模式。频率：约38000spm。牙刷角度：0～35度。

(B)工作模式2(牙周袋模式)…适合于牙周袋的洗刷的模式。频率：约26500spm。牙刷角度：35～55度。

(C)工作模式3(软模式)…对牙龈的刺激小、适合于牙表面的洗刷的模式。频率：约12500spm。牙刷角度：55～90度。

图5是表示电动牙刷的主程序的流程图。其中在没有特殊提示的情况下以下说明的处理是指CPU120按照程序来执行的处理。

电动牙刷的电源接通时，CPU120控制马达10开始刷子20的驱动(S1)。在存储器中存储了上次使用时的工作模式的情况下，在该工作模式中开始驱动。每隔一定时间反复执行接下来的S2～S13的处理。电动牙刷的电源断开或者利用计时器进行计时持续工作时间达到规定时间(例如两分钟)时完成S2～S13的循环(S13：“否”)，CPU120停止刷子20的驱动。

CPU120在S2中获得加速度传感器15的输出，在S3中计算出表示牙刷本体的姿势(牙刷角度θ)的姿势值S。在本实施方式中如图6所示，假设牙轴与重力方向相平行，再利用下述关系式计算出姿势值S。即，姿势值S是x轴方向的加速度传感器的输出值Ax与z轴方向的加速度传感器的输出值Az的函数。

牙刷角度θ＝tan^-1(|Ax/Az|)

姿势值S＝tanθ＝|Ax/Az|

接着，CPU120根据当前的工作模式对处理进行分支(S4)。

(1)若当前的工作模式为“1”，则CPU120对姿势值S和阈值A(在本例中A＝tan35度)进行比较(S5)。若S≥A，即牙刷角度超过35度的情况下将工作模式从1切换到2(S6)。若S＜A，即牙刷角度小于35度的情况下继续进行工作模式1。

(2)若当前的工作模式为“3”，则CPU120对姿势值S和阈值B(在本例中B＝55度)进行比较(S11)。若S＜B，即牙刷角度小于55的情况下将工作模式从3切换到2(S12)。若S≥B，即牙刷角度大于55度的情况下继续进行工作模式3。

(3)若当前的工作模式为“2”，则CPU120对姿势值S和阈值A-α进行比较(S7)。α是用于区别从工作模式1切换到工作模式2的切换判断中使用的阈值(A)和从工作模式2切换到工作模式1的切换判断中使用的阈值(A-α)的参数，在本例中设定为满足A-α＝tan34度的值。在S7中，若S＜A-α，即牙刷角度小于34度的情况下CPU120将工作模式从2切换到1(S8)。若S≥A-α，即牙刷角度大于34度的情况下进行S9的判断。

在S9中，CPU120对姿势值S和阈值B+β进行比较。β是用于区别从工作模式2到工作模式3的切换判断中使用的阈值(B+β)和从工作模式3到工作模式2的切换判断中使用的阈值(B)的参数，在本例中设定为满足B+β＝tan56度的值。在S9中，若S≥B+β，即牙刷角度超过56度的情况下CPU120将工作模式从2切换到3(S10)。若S＜B+β，即牙刷角度在34度～56度范围内的情况下继续进行工作模式2。

(本实施方式的优点)

如上所述，在本实施方式的电动牙刷中，根据传感器检测到的姿势来自动切换到合适的工作模式。即，牙刷角度小于35度的情况下会认为进行啮合面的洗刷，选择牙垢去除能力最强的工作模式1，牙刷角度大约比55度大的情况下会认为进行牙面的洗刷，选择对牙龈的刺激小的工作模式3。而且，牙刷角度大约在35～55度范围内的情况下会认为进行牙周袋的洗刷，选择适合于牙周袋的洗刷的工作模式2。其中，牙周袋的清洁对于牙周病等的预防而言尤其重要，因此优选的是在工作模式2的工作过程中通过将LED123点灯或者播放报告音的方式向使用者通知当前的牙刷角度适当(大概为45度)。

接下来参照图7的(A)部分和图7的(B)部分，对本实施方式的工作模式切换控制的优点进行说明。图7的(B)部分是作为比较例示出了在工作模式1和工作模式2之间的切换判断中使用了固定的阈值A的例子。纵轴是姿势值S，横轴是时间。最初，假设姿势值S小于阈值A，电动牙刷在工作模式1的状态下驱动。若用户使牙刷角度从该状态逐渐变大，则在姿势值S达到阈值A的时刻会从工作模式1切换到工作模式2。在这里，如果姿势值S维持在相比阈值A足够大的值(例如45度)即可，但是例如如图7的(B)部分所示，当姿势值S与阈值A很接近的情况下姿势值S和阈值A的大小关系很容易反转，工作模式1和2会频繁切换，从而会成为不稳定的工作状态。尤其是在电动牙刷内中内置了马达，因此加速度传感器的输出与马达的振动噪声相互重叠，导致姿势值S的变化变大。

而且，在本实施方式中，如图7的(A)部分所示，根据当前的工作模式动态地改变阈值，以在工作模式1和工作模式2的切换边界上设置余量(间隙)α。即，在进行工作模式1的过程中利用阈值A进行工作模式的切换判断，然而当姿势值S超过阈值A时切换到工作模式2之后利用阈值A-α进行切换判断。由此一来，如图7的(A)部分所示，即使姿势值S在阈值A附近变化，该变化也会被余量α吸收，因此能够抑制工作模式频繁切换的发生。另外在工作模式2和3之间的切换控制也同样地能够利用余量β来抑制工作模式频繁切换的发生。

在上述实施方式中，换算成牙刷角度设置了一度的余量，但是余量的值不局限于此。余量α、β优选的是设定为大于马达(驱动源)振动引起的姿势值S变化幅度最大值的值。由此能够尽可能地防止驱动源的振动引起的工作模式的切换。但是如果余量的值过高会引起工作模式切换的灵敏度下降，有可能给使用者带来不适感。因此余量的值优选的是设定为小于一个工作模式数值范围的一半的值，实际上优选的是设定为换算成牙刷角度后小于10度的值。

另外，如图8的(B)部分所示，姿势值S在阈值A的附近急剧变化的情况下，即使如上述实施方式改变了阈值，也可能会发生工作模式的频繁切换。例如，在切换工作模式时使用者条件反射性地停止手的移动或者牙刷角度恢复到原来的状态，有可能会出现这种急剧的变化。因此，姿势值S超过阈值A之后不是立即切换工作模式，而是如图8的(A)部分所示地只在姿势值S超过阈值A的状态维持规定时间τ(例如τ＝250msec)的情况下才切换工作模式。利用这种切换控制能够进一步抑制工作模式的频繁切换。另外从工作模式2切换到1、从工作模式2切换到3、从3切换到2的过程也能够设定相同的时间τ。

(其他)

上述实施方式的构成只是本发明的一个具体例子。本发明的范围不局限于上述实施方式，可以在其技术思想的范围内进行各种变形。例如，在上述实施方式中例举了利用偏心锤振动方式的电动牙刷，本发明还适用于其他运动方式的电动牙刷。例如，本发明对往复旋转运动、直线往复运动、刷毛旋转运动或将这些组合起来的电动牙刷也同样适用。并且，本发明对于非充电式的电动牙刷也同样适用，例如连接干电池、电源线使用的电动牙刷。

并且，工作模式的数量、内容不局限于上述实施方式的例子。工作模式的数量可以是两个，也可以多于三个。除了可以切换频率(马达的转数)以外，还能够切换各工作模式的刷子的运动方式或运动方向。不管是什么情况，在相邻工作模式之间的切换判断中使用本发明，就能够抑制工作模式的频繁切换。其中关于阈值以及余量的值，可以根据产品规格任意设定。

并且，姿势值S的计算公式不局限于上述实施方式的例子。例如可以只从x方向的加速度成分Ax、或者只从z方向的加速度成分Az，来计算出与牙刷角度θ相对应的姿势值S。并且不仅是Ax和Az，还可以通过考虑y方向的加速度成分Ay来高精度地计算出姿势值S。另外，在上述实施方式中，作为牙刷本体的姿势考虑了牙刷角度，还可以优选考虑洗刷位置。这时的姿势值S具有与洗刷位置相对应的值或者同时与洗刷位置和牙刷角度相对应的值。即，只要是能够直接或者间接地表示牙刷本体的姿势的尺度，能够采用任何尺度作为姿势值S。并且作为用于检测牙刷本体姿势的姿势传感器，除了加速度传感器以外，还能够利用旋转传感器、倾斜传感器、陀螺仪等。优选的是通过多种传感器的组合更高精度地检测出姿势。

Claims (5)

1.一种电动牙刷，其特征在于，

具有：

电动牙刷本体，其设有牙刷的驱动源，

姿势传感器，其用于检测上述电动牙刷本体的姿势，

控制单元，其根据对姿势值与预先设定的阈值进行比较的结果，来切换电动牙刷的工作模式，上述姿势值是从上述姿势传感器的输出值来计算得到的值；

将第一阈值与第二阈值设定为不同的值，上述第一阈值是在从第一工作模式切换到第二工作模式的切换判断中使用的上述阈值，上述第二阈值是在从上述第二工作模式切换到上述第一工作模式的切换判断中使用的上述阈值。

2.根据权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，将上述第一阈值与上述第二阈值设定为，使两者之差大于因上述驱动源的振动而引起的上述姿势值的变化幅度的最大值。

3.根据权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，

上述第一阈值大于上述第二阈值；

在上述第一工作模式中，若上述姿势值超过上述第一阈值，则上述控制单元将上述第一工作模式切换到上述第二工作模式，

在上述第二工作模式中，若上述姿势值小于上述第二阈值，则上述控制单元将上述第二工作模式切换到上述第一工作模式。

4.根据权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，

上述第一阈值大于上述第二阈值；

在上述第一工作模式中，若上述姿势值超过上述第一阈值的状态维持了规定时间，则上述控制单元将上述第一工作模式切换到上述第二工作模式，

在上述第二工作模式中，若上述姿势值小于上述第二阈值的状态维持了规定时间，则上述控制单元将上述第二工作模式切换到上述第一工作模式。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电动牙刷，其特征在于，上述姿势传感器为加速度传感器，上述姿势值为上述加速度传感器的输出值的函数。

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