JP2005080802A - 超音波口腔清掃具 - Google Patents

Abstract

【課題】 液溜め部を有しながら、この液溜め部に液体が無い場合に超音波を発生させても、超音波発生部が破壊しない超音波口腔清掃具を提供する。
【解決手段】 超音波歯ブラシ１００は、内部に薬液を保持する薬液保持筒１５４と、この筒の基端側に配置され、薬液保持筒１５４に薬液を保持したとき、薬液に接し超音波を放射する超音波放射面１６３Ｈを有する超音波振動子１６１とを備える。超音波振動子１６１は、電気信号により振動する圧電素子１６２と、圧電素子１６２が接着した接着面１６３Ｓ及び超音波放射面１６３Ｈを有する振動板１６３とからなる。振動板１６３は、ＡＢＳからなり、振動板における超音波振動の波長をλｓとすると、４λｓ／２、５λｓ／２、…の厚さを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、口腔内に挿入し、超音波発生部から発生させた超音波を利用して口腔内の洗浄を行う超音波口腔清掃具に関し、詳しくは、超音波を水や薬液等の液体を通じて歯や歯茎等に照射して口腔内の洗浄を行う超音波口腔清掃具に関する。

従来より、特許文献１，２等において、歯ブラシのヘッド部から超音波を発生させ、歯垢等を除去し口腔内を洗浄する超音波歯ブラシ等が知られている。
これらのうち、特許文献１に記載の歯ブラシは、ヘッドに植えた毛及び歯磨き剤を介して、超音波を歯の表面に伝え、歯の表面の柔らかい歯垢を除去するものである。
一方、特許文献２には、歯ブラシのヘッド部に洗浄水の溜まりやすい空間を構成し、この空間に洗浄水を供給し、溜まった洗浄水を通じて、超音波を伝え、歯垢等の除去を行うものである。

特表平７−５０９１５１号公報 特開平９−２０６１３０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の発明では、超音波エネルギーは、毛あるいは歯磨き剤を通じてのみ歯の表面に届く構成としたため、実際のところでは、毛を伝わる超音波は途中で減衰して歯にそのエネルギーを十分に伝達できない。また、歯磨き剤あるいは歯磨き剤と唾液や水との混合物は気泡を多く含むため、これらを通じても超音波エネルギーを十分に歯の表面に伝達できない。従って、その洗浄力は限定的であった。

一方、上記特許文献２に記載のように、洗浄水などの液体を通じて超音波のエネルギーを伝達する場合には、減衰が少なく、効率的に歯や歯茎に超音波エネルギーを伝えることができる。

ところで、この特許文献２に記載の歯ブラシでは、空間内に洗浄水等の液体が溜まっている場合には、液体が超音波発生器の負荷となる。このため、超音波発生器の振動が抑制され、発熱も抑制されるから、超音波発生器が破壊することはない。
しかしながら、空間内に液体がない場合に、超音波発生器で超音波を発生させると、この超音波発生器は無負荷駆動となる。このため、超音波発生器に大きな振動が発生するとともに発熱により大きく昇温し、超音波発生器の圧電素子などが破壊する虞がある。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、液溜め部を有しながら、この液溜め部に液体が無い場合に超音波を発生させても、超音波発生部が破壊しない超音波口腔清掃具を提供することを目的とする。

その解決手段は、筒形状をなし、先端側が開放され、内部に液体を保持可能とした液溜め部と、上記液溜め部の基端側に配置された超音波発生部であって、上記液溜め部に液体を保持したとき、保持された液体に接する超音波放射面を有し、この超音波放射面から超音波を放射する超音波発生部と、を備える超音波口腔清掃具であって、上記超音波発生部は、電気信号により振動する振動素子と、上記振動素子が接着した接着面及び上記超音波放射面を有する振動板と、を含み、上記振動板は、樹脂からなり、この振動板における超音波振動の波長をλとし、ｎを４以上の自然数としたとき、ｎλ／２の厚さを有する超音波口腔清掃具である。

前述したように、液溜め部を有する超音波口腔清掃具では、液溜め部に液体が溜まっていて、液体が超音波放射面に接触している場合には、液体が超音波発生部の負荷となる。このため、超音波発生部の振動が抑制され、振動素子等の破壊を生じることがない。
しかし、液溜め部に液体がない場合には、超音波発生部は無負荷駆動となる。このため、振動板として例えば金属板を用い、その厚さを４λ／２未満、例えば、３λ／２，２λ／２，λ／２とすると、振動素子及び振動板が大きく振動し、発熱によって振動素子が大きく昇温して、振動素子と振動板との接着部分が破壊したり、振動素子が破壊する虞がある。

これに対し、本発明の超音波口腔清掃具は、振動板に振動によって損失が生じやすい樹脂を用い、しかもその厚さをｎλ／２の厚さ（ｎ：４以上の自然数）とした。具体的には、４λ／２、５λ／２…とする。このため、液溜め部に液体が有る場合には、樹脂からなる振動板は、振動素子とともに振動して、液体に超音波振動を伝えることができる。
一方、液溜め部に液体が無くなった場合でも、振動板自身にある程度の損失が生じるので、超音波発生部全体としては、振動板が負荷となる。このため、振動が抑制され、発熱による昇温も抑制されて、振動板と振動素子との接着部分が破壊したり、振動素子が破壊することが防止できる。

振動素子としては、電気信号により振動を生じさせる素子であればよいが、例えば、ＰＺＴ，ＢａＴｉＯ３等の圧電素子や、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）などの電歪素子、磁歪素子などが挙げられる。
また、振動板としては、樹脂からなり、所定の厚さを有する板であればよい。具体的には、ＡＢＳ、アクリル、ＰＥＴ、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、変性ポリフェニレネンエーテル、変性ＰＰＥなどの樹脂や、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂や、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。また、タルク等の粉末を含む樹脂も挙げられる。
また、振動板の厚さは、この超音波口腔清掃具の超音波発生部や液溜め部が口腔内に挿入されることによる寸法制限や、超音波振動の波長λの大きさ、振動板で生じる負荷等を考慮して適宜選択すればよい。

また、液溜め部としては、筒形状をなし、先端側が開放され、内部に液体を保持可能であればよく、例えば、柔らかなシリコーン等のゴム状弾性体からなる筒状の液溜め筒部で構成することができる。あるいは、筒状のスポンジで液溜め筒部を構成することもできる。さらには、多数の毛束を筒を構成するように植毛して、この毛束による筒状部分を液溜め部としても良い。さらに、液溜め部に洗浄液等を供給するための供給口が設けられていても良い。

さらに他の解決手段は、筒形状をなし、先端側が開放され、内部に液体を保持可能とした液溜め部と、上記液溜め部の基端側に配置された超音波発生部であって、上記液溜め部に液体を保持したとき、保持された液体に接する超音波放射面を有し、この超音波放射面から超音波を放射する超音波発生部と、を備える超音波口腔清掃具であって、上記超音波発生部は、電気信号により振動する振動素子及び上記振動素子が接着した振動板からなる超音波振動子と、上記振動板と異なる材質であり、樹脂からなり、上記振動板のうち、上記振動素子とは逆側の面に固着され、表面が上記超音波放射面をなす音響負荷層と、を含む超音波口腔清掃具である。

前述したように、液溜め部を有する超音波口腔清掃具では、液溜め部に液体が溜まっていて、液体が超音波放射面に接触している場合には、液体が超音波発生部の負荷となる。このため、超音波発生部の振動が抑制され、振動素子等の破壊を生じることがない。
しかし、液溜め部に液体がない場合には、超音波発生部は無負荷駆動となる。このため、振動板として例えば金属板を用いている場合、振動素子及び振動板が大きく振動し、発熱によって振動素子が大きく昇温して、振動素子と振動板との接着部分が破壊したり、振動素子が破壊する虞がある。

これに対し、本発明の清掃具では、超音波振動子をなす振動板に、これとは異なる材質でかつ樹脂からなる音響負荷層が固着してある。このため、液溜め部に液体が有る場合には、音響負荷層を通じて、液体に超音波振動を伝え、超音波を放射することができる。
一方、液溜め部に液体が無くなった場合でも、超音波振動子で超音波を発生するのに際して、音響負荷層である程度の損失を生じさせることができる。このため、超音波振動子の振動が抑制され、発熱による昇温も抑制されて、振動板と振動素子との接着部分が破壊したり、振動素子が破壊することが防止できる。

本発明における振動板としては、金属や樹脂板からなり、所定の厚さを有する板であればよい。具体的には、ステンレスやチタン等の金属板、ＡＢＳ、アクリル、ＰＥＴ、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、変性ポリフェニレネンエーテル、変性ＰＰＥなどの樹脂や、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂や、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂の樹脂板が挙げられる。また、タルク等の粉末を含む樹脂からなる樹脂板も挙げられる。
また、振動板の厚さは、この超音波口腔清掃具の超音波発生部や液溜め部が口腔内に挿入されることによる寸法制限や、超音波振動の波長λの大きさ、振動板で生じる負荷等を考慮して適宜選択すればよい。

また、音響負荷層としては、振動板とは異なる材質であり、樹脂からなり、振動板に固着されており、超音波振動によって層内で損失が生じる層であればよい。例えば、粘弾性、あるいはゴム弾性を有する材料を用いるのが好ましく、粘弾性を有するシリコン系樹脂やアクリル系樹脂、ゴム状弾性を有するシリコーン、ブチルゴムなどが挙げられる。
なお、この清掃具は、液溜め部に水、洗浄水等の液体を溜め、口腔内で用いることを考慮し、水に近似した音響インピーダンスを持つ音響負荷層を選択すると良い。
さらに、音響負荷層の厚さは、液体がある場合には十分な超音波出力が得られる一方、無負荷で駆動した場合でも超音波発生部の破壊を防止できる厚さを、選択すればよい。
また、音響負荷層は、接着剤を用いて振動板に接着により固着しても良いが、振動板に未硬化の材料を所定の厚さに塗布した後に硬化させて形成とともに固着しても良い。

本発明の実施の形態を、実施例１，２を参照して説明する。

まず、実施例１にかかる超音波歯ブラシ１００について、図１〜図６を参照して説明する。超音波歯ブラシ１００は、ヒトの口腔内にヘッド部１５０を挿入して、口腔内の歯、歯茎等の歯垢その他を除去するのに用いる。この超音波歯ブラシ１００は、手指でこの歯ブラシを把持するための把持部１１０、ブラシをなす毛束が植設されたヘッド部１５０、及びこれらを結ぶ軸状の頸部１２０からなる。

このうち、把持部１１０をなす把持部ケース１１１内には、駆動用回路基板１１２、薬液タンク１１４、液送ポンプ１１６、バッテリ１１７などが内蔵されており、駆動用回路基板１１２の制御によって、薬液タンク１１４に貯留されていた薬液が液送ポンプ１１６によって、頸部１２０内の薬液供給チューブ１２３を通じて、ヘッド部１５０の薬液保持筒１５４内（図２（ａ）参照）に供給される。薬液（図示しない）は、使用者が適宜、薬液補給口１１５から薬液タンク１１４に補充する。さらに、駆動用回路基板１１２の制御によって、頸部１２０及びヘッド部１５０内のリード線１６６を通じて、圧電素子１６２（図２（ａ）参照）が、約３ＭＨｚで駆動される。
また、駆動用回路基板１１２液送ポンプ１１６等は、バッテリ１１７によって駆動されており、このバッテリ１１７は、充電用回路１１８を通じて適宜充電される。

頸部１２０は、軸状をなし、筒状の頸部ケース１２１と、この内部に挿通された薬液供給チューブ１２３及びリード線１６６を有している。
また、ヘッド部１５０は、図２に示すように、リング状のブラシ基体１５２とこれにリング状に植設された毛束１５３からなるブラシ本体１５１を有する。このブラシ本体１５１の中央部には、ブラシ基体１５２の中央部から図２（ａ）中上方に延びる形態で、少なくともその先端部分がゴム状弾性を有するシリコーンからなる薬液保持筒１５４が配置されている。この薬液保持筒１５４と、後述する振動板１６３とで構成される液保持空間１５５は、先端側（図２（ａ）中、上方）が先細の約６０度の角度を有する円錐台状部分と、それに続く円筒状部分とからなり、薬液保持筒１５４の先端１５４Ｋ側（図２（ａ）中、上方）は外部に開放されている。この液保持空間１５５には、薬液供給チューブ１２３、及び薬液供給路１５６を通じて、この液保持空間１５５に開口する薬液供給口１５７から、薬液タンク１１４内の薬液（図示しない）が液送ポンプ１１６によって適量ずつ供給される。

薬液保持筒１５４（液保持空間１５５）の基端側（図２（ａ）中、下方）には、圧電素子１６２と振動板１６３とからなる超音波振動子１６１が配置されている。このうち圧電素子１６２は公知のＰＺＴ系セラミックからなる円板状の圧電素子であり、リード線１６６を通じて駆動用回路基板１１２から与えられた高周波信号によって共振し、約３ＭＨｚの厚み方向（図２（ａ）中、上下方向）の超音波振動を生じる。この圧電素子１６２の直径は８ｍｍφ、厚さは０．６７ｍｍであり、この圧電素子１６２の音速は４０００ｍ／ｓである。従って、この圧電素子１６２を伝わる超音波の波長λｐは、λｐ＝１．３３ｍｍであり、圧電素子１６３の厚さは、λｐ／２に相当する。
一方、振動板１６３は、圧電素子１６２よりやや大径（１１ｍｍφ）の樹脂板、具体的にはＡＢＳからなる円板であり、ヘッド部１５０のブラシ本体部１５１にインサート成形によって、その周縁部が保持されている。この振動板１６３のうち、液保持空間１５５に面する側が超音波放射面１６３Ｈである。一方、これと逆の接着面（図２（ａ）中、下面）１６３Ｓに、上述の圧電素子１６２が接着されている。
このため、圧電素子１６２で発生した超音波振動は、この振動板１６３を伝わり、超音波放射面１６３Ｈに接し液保持空間１５５に溜められた薬液内に超音波が放射される。

この超音波歯ブラシ１００では、ブラシ本体１５１の毛束１５３によって、歯の表面や歯と歯茎の間の歯垢を掻き取ることができる。さらに、この超音波歯ブラシ１００では、薬液保持筒１５４内の液保持空間１５５に薬液を溜めた上で、口腔内にヘッド部１５０を挿入し、薬液保持筒１５４の開口部１５４Ｋを歯の表面や歯と歯茎の間に密接させ、圧電素子１６２を超音波駆動させることで、超音波が薬液を通じて歯の表面や歯と歯茎の間に照射される。これにより、歯の表面や歯と歯茎の間の歯垢が剥離され、乳化、除去される。特に、薬液を通じて超音波を直接歯や歯茎に照射するため、強力な超音波によって、通常のブラシによる掻き取りでは除去しにくい、歯の表面に強固に密着した歯垢や歯周ポケット内の歯垢をも除去することができる。

ところで、このような超音波歯ブラシ１００では、薬液保持筒１５４内の液保持空間１５５に薬液が溜まっている場合には、薬液が超音波振動子１６１の負荷となっているため、その振動が抑制されている。このため、圧電素子１６２の昇温も抑制される。

しかしながら、液保持空間１５５に薬液が無いにも拘わらず、超音波振動子１６１を駆動した場合には、超音波振動子１６１にとって負荷となるべき薬液が無いため、その振動が抑制されず極めて大きくなる。これと共に、圧電素子１６２の温度が上昇する。すると、圧電素子１６２自身が破壊したり、その特性が低下したり、圧電素子１６２と振動板１６３との接着部分が破壊する虞がある。

そこで、以下のように、振動板１６３の厚さを変えた超音波振動子１６１について、その特性を調査した。
まず、超音波出力の調査手法について図３を参照して説明する。超音波振動子１６１を振動板１６３が容器５内の水６に接するようにして配置し、発振器１及びアンプ２を通じて、超音波振動子１６１（具体的には圧電素子１６２）に、その共振周波数に相当する周波数、及び一定電圧の交流電圧を印加する。本例では、３ＭＨｚ、２０Ｖｐ−ｐである。なお、印加電圧はオシロスコープ３でモニタする。
超音波振動子１６１から水中に放射された超音波の強度を、容器５の底部に設けた超音波パワーメータ４によって測定する。これにより、超音波振動子１６１から、水中（薬液）を通じて放射される超音波出力が測定できる。

一方、超音波振動子１６１を無負荷駆動した場合に、どの程度の電圧までであれば駆動させ続けられるかを、以下の手法によって計測した。すなわち、上述の超音波出力の調査の場合とは異なり、図４に示すように、超音波振動子１６１を空中に保持し、発振器１及びアンプ２を通じて、超音波振動子１６１（具体的には圧電素子１６２）に、その共振周波数（３ＭＨｚ）に相当する周波数の交流電圧を印加する。なお、超音波振動子１６１（圧電素子１６２）には、図４に示すように、液晶タイプの温度シール７を貼付しておく。温度シール７は、５０℃になると色変化を生じるように調整されたものを使用している。
その上で、発振器１の周波数を３ＭＨｚとしたまま、所定振幅（具体的には１Ｖｐ−ｐ）の電圧を印加して５分間無負荷駆動状態で保持する。すると圧電素子１６２が昇温するので、その温度を温度シール７の色変化を目視することによって計測する。５分間の間に温度シール７の色が変化しない場合には、圧電素子１６２の昇温は高々５０℃以下であると判断できる。そこで、圧電素子１６２への電圧印加を２分間中止して超音波振動子１６１を冷却する。ついで、電圧を前回より大きくして（具体的には電圧振幅を１Ｖ分大きくして）再び５分間の無負荷駆動を行う。これを繰り返して、無負荷駆動を５分間継続した場合に圧電素子１６２の温度が５０℃を超えない上限の電圧である、無負荷時入力可能電圧を調査する。

これら超音波出力及び無負荷時入力可能電圧を、振動板１６３の厚さを変えて調査した。
まず、超音波出力の結果を、図５に示す。なお、振動板１６３は、ＡＢＳからなり、その音速は２４００ｍ／ｓであるので、周波数を３ＭＨｚとしたとき、振動板１６３を伝わる超音波の波長λｓは、λｓ＝０．８ｍｍである。従って、振動板１６３の厚さＴｓが、Ｔｓ＝０．４ｍｍ，０．８ｍｍ，１．２ｍｍ，１．６ｍｍ，２．０ｍｍ，及び４．０ｍｍの場合、それぞれ、λｓ／２，２λｓ／２，３λｓ／２，４λｓ／２，５λｓ／２，及び１０λｓ／２に相当する。
図５の結果によれば、振動板１６３の厚さをｍλｓ／２（ｍは自然数）とすると、超音波振動子１６１により水中に超音波が放射されることが判る。但し、振動板１６３の厚さＴｓ＝０．４ｍｍ（＝λｓ／２）よりもＴｓ＝０．８ｍｍ（＝２λｓ／２）の方が、超音波出力が若干高くなるものの、これより厚くなると、振動板１６３の厚さが増えるに従って、超音波出力はほぼ直線的に減少し、Ｔｓ＝４．０ｍｍでは、超音波出力の大きさはほぼ０となることが判る。
これは、ＡＢＳからなる振動板１６３自身が、圧電素子１６２と共振すると共に音響的な負荷となっており、厚みが増す毎に音響的な負荷が大きくなるため、振動板１６３（超音波放射面１６３Ｈ）から放射される超音波が弱くなるためであると解される。

ついで、無負荷時入力可能電圧に関する結果を、図６に示す。この結果によると、振動板１６３の厚さＴｓが、Ｔｓ＝０．８ｍｍ（＝２λｓ／２）、あるいは、Ｔｓ＝１．２ｍｍ（＝３λｓ／２）の場合には、無負荷時入力可能電圧が、３Ｖｐ−ｐという低い値であることが判る。一方、振動板１６３の厚さＴｓが、Ｔｓ＝１．６ｍｍ（＝４λｓ／２）、あるいは、Ｔｓ＝２．０ｍｍ（＝５λｓ／２）の場合には、無負荷時入力可能電圧が、８Ｖｐ−ｐ、あるいは１０Ｖｐ−ｐという大きな値となることが判った。
一方、振動板の厚さＴｓを、Ｔｓ＝１．０ｍｍ（＝５λｓ／４）、１．２ｍｍ（＝７λｓ／４）、１．６ｍｍ（＝９λｓ／４）としたときには、いずれの場合も、無負荷時入力可能電圧が５Ｖｐ−ｐであった。
従って、振動板１６３の厚さＴｓを、λｓ／２の整数倍とした場合に、その厚さによって、無負荷時入力可能電圧を変化させうることが判る。

このことから、超音波歯ブラシ１００において、振動板１６３の厚さＴｓが、３λｓ／２以下（３λｓ／２，２λｓ／２，λｓ／２）の場合には、液保持空間１５５に薬液がないまま駆動される無負荷駆動時に、超音波振動子１６１が破壊するのを防止するには、この超音波振動子１６１を連続駆動する条件として、３ＭＨｚで、３Ｖｐ−ｐ以下のごく小さな電圧に限定しておく必要があることになる。
これに対し、振動板１６３の厚さＴｓを、４λｓ／２以上（４λｓ／２、５λｓ／２、…ｎλｓ／２、…、ｎは４以上の自然数）とした場合には、８Ｖｐ−ｐ、あるいは１０Ｖｐ−ｐ（あるいはそれ以上）の電圧振幅で連続駆動をしている間に、薬液が液保持空間１５５から無くなって無負荷駆動となっても、超音波振動子１６１の破壊を防止を免れることが判る。

このことから、超音波振動子１６１において、振動板１６３の厚さを、４λｓ／２以上、つまり、ｎλｓ／２（ｎは４以上の自然数）とするのが好ましいことが判る。
また、この超音波歯ブラシ１００は、その性質上、ヒトに用いる場合、ヒトの口腔内にヘッド部１５０を挿入することから、超音波振動子１６１及び振動板１６３の厚さにも上限がある。振動板１６３の厚さの上限は、概略５ｍｍ以下程度であると解される。

従って、この超音波歯ブラシ１００においては、超音波振動子１６１において、振動板１６３の厚さを、５ｍｍ以下で、ｎλｓ／２（ｎは４以上の自然数）とすればよい。このようにした超音波歯ブラシ１００では、無負荷時入力可能電圧よりも小さな電圧であれば、振動板１６３の厚さを３λｓ／２以下とした場合より大きな電圧（例えば８Ｖｐ−ｐ）で、超音波振動子１６１を駆動することができる。また、この条件で駆動する限り、何らかの理由によって、液保持空間１５５に薬液がないまま駆動（無負荷連続駆動）しても、超音波振動子１６１が破壊することが無くなり、信頼性の高い超音波歯ブラシとなし得る。
なお、この超音波歯ブラシ１００の超音波振動子１６１について、連続駆動でなく、間欠駆動を行う場合には、さらに高い駆動電圧で超音波振動子１６１を駆動（無負荷間欠駆動）しても、その破壊を免れることができ、その一方で、間欠的ではあるが高い超音波出力を得ることができる。

ついで、実施例２にかかる超音波歯ブラシ２００について、図２、図７、図８を参照して説明する。本実施例２にかかる超音波歯ブラシ２００は、前述した実施例１の超音波歯ブラシ１００とほぼ同様の構成を有しており、ヘッド部２５０の超音波発生部２６１の構成が異なるのみであり、他は実施例１の超音波歯ブラシ１００と同様である。そこで、以下では、異なる部分を主として説明し、同様な部分の説明は省略あるいは簡略化する。

実施例２にかかるヘッド部２５０は、図２（ｂ）に示すように、実施例１と同様、ブラシ基体１５２と毛束１５３からなるブラシ本体１５１を有する。また、このブラシ本体部１５１の中央部には、薬液保持筒１５４が配置されている。また、液保持空間１５５は、円錐台状部分とこれに続く円筒状部分とからなり、その先端側は開放されている。
液保持空間１５５の基端側（図２（ｂ）中、下方）には、圧電素子２６２と振動板２６３とからなる超音波振動子２６４に加え、音響負荷板２６５を有する超音波発生部２６１が配置されている。

このうち圧電素子２６２は実施例１と同様の圧電素子であり、同じく３ＭＨｚで駆動される。
また、振動板２６３は、圧電素子２６２よりやや大径（１１ｍｍφ）の金属板、具体的にはステンレス（ＳＵＳ３０３）からなる円板であり、その厚さは、０．９６ｍｍである。この振動板２６２の音速は５７６０ｍ／ｓである。従って、この振動板２６２を伝わる超音波の波長λｓは、λｓ＝１．９２ｍｍであり、振動板２６３の厚さは、λｓ／２に相当する。
さらに、音響負荷板２６５は、振動板２６３と同じく１１ｍｍφであり、ゴム状弾性を有するシリコーンからなる。

図２（ｂ）に示すように、振動板２６３の一方の面である接着面（図２（ｂ）中、下面）２６３Ｓに圧電素子２６２が接着され、他方の面（図２（ｂ）中、上面）に音響負荷板２６５が接着されている。従って、この音響負荷板２６５のうち、液保持空間１５５に面する側が超音波放射面２６５Ｈである。
また、振動板２６３と音響負荷板２６５は、ヘッド部２５０のブラシ本体部２５１にインサート成形によって、これらの周縁部が保持されている。
このため、圧電素子２６２で発生した超音波振動は、この振動板２６３及び音響負荷板２６５を伝わり、超音波放射面２６５Ｈに接し液保持空間１５５に溜められた薬液内に超音波が放射される。

従って、この超音波歯ブラシ２００でも、薬液保持筒１５４内の液保持空間１５５に薬液を溜めた上で、口腔内にヘッド部２５０を挿入し、薬液保持筒１５４の開口部１５４Ｋを歯の表面や歯と歯茎の間に密接させ、圧電素子２６２を超音波駆動させることで、超音波が薬液を通じて歯の表面や歯と歯茎の間に照射される。これにより、実施例１と同様、歯垢を除去できる。

ついで、実施例２にかかる超音波歯ブラシ２００について、音響負荷板２６５の厚さを変えて行った、超音波出力、及び無負荷時入力可能電圧の調査結果について説明する。
まず、超音波出力の結果を図７に示す。なお、音響負荷板２６５は、シリコーンからなり、その音速は１２００ｍ／ｓであるので、周波数を３ＭＨｚとしたとき、音響負荷板２６５を伝わる超音波の波長λａは、λａ＝０．４ｍｍである。従って、音響負荷板２６５の厚さＴａが、Ｔａ＝２．０ｍｍ，及び３．０ｍｍの場合、それぞれ、１０λａ／２、及び１５λａ／２に相当する。
図７の結果によれば、音響負荷板２６５の厚さを変えても、超音波振動子２６１により水中に超音波が放射されることが判る。但し、音響負荷板２６５が無い場合（音響負荷板の厚さＴａ＝０）に比して、音響負荷板２６５の厚さが増えると、超音波出力はほぼ直線的に減少することが判る。
これは、シリコーンからなる音響負荷板２６５が、圧電素子２６２（超音波振動子２６４）で生じる超音波振動に対して、音響的な負荷となっており、厚みが増す毎に音響的な負荷が大きくなるため、音響負荷板２６５（超音波放射面２６５Ｈ）から放射される超音波が弱くなるためであると解される。

ついで、無負荷時入力可能電圧に関する結果を、図８に示す。この結果によると、音響負荷板２６５の厚さＴａが、Ｔａ＝０の時には、５Ｖｐ−ｐであったのに対して、Ｔａ＝２．０ｍｍ（＝１０λａ／２）、及び、Ｔｓ＝３．０ｍｍ（＝１５λａ／２）の場合には、いずれも無負荷時入力可能電圧が、８Ｖｐ−ｐに上昇した。
このことから、本実施例２の超音波歯ブラシ２００においては、超音波振動子２６４（振動板２６３）に、音響負荷板２６５を付加することによって、無負荷時入力可能電圧を向上させられることが判る。これは、圧電素子２６２と振動板２６３とで形成される共振系（超音波振動子）に対して、音響負荷板２６５が負荷になっているため、超音波振動子２６４（圧電素子２６２と振動板２６３）に生じる超音波振動の振幅が、音響負荷板２６５の存在によって抑制され、発熱が抑えられるためであると解される。一方、音響負荷板２６５の厚さがある程度以上厚くなると、音響負荷板２６５における損失で、放射する超音波出力を減少させることはできるが、超音波振動子２６４の振動を抑制できる効果は、変わらなくなるためであると解される。

かくして、超音波振動子２６４の振動板２６３に固着された音響負荷板２６５を設けることで、無負荷時入力可能電圧を向上させることができ、具体的には、その厚さを２．０ｍｍあるいは３．０ｍｍとすると、８Ｖｐ−ｐの電圧振幅で連続駆動をしている間に、薬液が液保持空間１５５から無くなって無負荷駆動となっても、超音波振動子２６４の破壊を防止を免れることが判る。
このことから、超音波振動子２６４において、振動板２６３に音響負荷板２６５を固着するのが好ましいことが判る。
また、実施例１と同じく、この超音波歯ブラシ２００は、その性質上、ヒトに用いる場合、ヒトの口腔内にヘッド部２５０を挿入することから、超音波振動子２６４及び振動板２６３と音響負荷板２６５の厚さにも上限がある。振動板２６３と音響負荷板２６５とを併せた厚さの上限は、概略５ｍｍ以下程度であると解される。

従って、この超音波歯ブラシ２００においては、超音波発生部２６１において、音響負荷板２６５を設け、振動板２６３とこの音響負荷板２６５とを併せた厚さを５ｍｍ以下とすればよい。このようにした超音波歯ブラシ２００では、無負荷時入力可能電圧よりも小さな電圧であれば、音響負荷板２６５を設けない場合より大きな電圧（例えば８Ｖｐ−ｐ）で、超音波振動子２６１を駆動することができる。また、この条件で駆動する限り、何らかの理由によって、液保持空間１５５に薬液がないまま駆動（無負荷連続駆動）しても、超音波振動子２６１が破壊することが無くなり、信頼性の高い超音波歯ブラシとなし得る。
なお、間欠駆動を行うと、さらに高い駆動電圧で超音波振動子２６１を駆動（無負荷間欠駆動）しても、その破壊を免れることができ、その一方で間欠的ではあるが高い超音波出力を得ることができることは実施例２と同様である。

以上において、本発明を実施例１，２に即して説明したが、本発明は上記実施例１，２に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施例１，２では、ヘッド部１５０，２５０のほか、頸部や把持部を有する超音波歯ブラシ１００，２００に本発明を適用したが、液溜め部と超音波発生部とを備える超音波口腔清掃具であればよく、頸部や把持部を備えない形態の清掃具にも適用することができる。
また、実施例１，２では、薬液保持筒１５４の周囲に毛束１５３を植設したが、薬液保持筒の周囲に毛束を設けない形態の清掃具としても良い。

実施例１及び２にかかる超音波歯ブラシの概要を示す説明図である。 実施例１及び２にかかる超音波歯ブラシのヘッド部の構造を示す説明図であり、（ａ）は実施例１、（ｂ）は実施例２にかかる。 超音波出力測定の概要を示す説明図である。 無負荷時入力可能電圧の測定の概要を示す説明図である。 実施例１にかかる超音波歯ブラシにおける、振動板の厚さと、超音波出力との関係を示すグラフである。 実施例１にかかる超音波歯ブラシにおける、振動板の厚さと、無負荷時入力可能電圧との関係を示すグラフである。 実施例２にかかる超音波歯ブラシにおける、振動板の厚さと、超音波出力との関係を示すグラフである。 実施例２にかかる超音波歯ブラシにおける、振動板の厚さと、無負荷時入力可能電圧との関係を示すグラフである。

符号の説明

１００，２００ 超音波歯ブラシ（超音波口腔清掃具）
１１０ 把持部
１２０ 頸部
１５０，２５０ ヘッド部
１５１ ブラシ本体
１５２ ブラシ基部
１５３ 毛束
１５４ 薬液保持筒（液溜め部）
１５４Ｋ 開口部
１５５ 液保持空間
１５６ 薬液供給路
１５７ 薬液供給口
１６１ 超音波振動子（超音波発生部）
２６１ 超音波発生部
１６２，２６２ 圧電素子（振動素子）
１６３，２６３ 振動板
２６４ 超音波振動子
２６５ 音響負荷板（音響負荷層）
１６３Ｓ，２６３Ｓ 接着面
１６３Ｈ，２６５Ｈ 超音波放射面

Claims (2)

1. 筒形状をなし、先端側が開放され、内部に液体を保持可能とした液溜め部と、
   上記液溜め部の基端側に配置された超音波発生部であって、
   上記液溜め部に液体を保持したとき、保持された液体に接する超音波放射面を有し、
   この超音波放射面から超音波を放射する超音波発生部と、
   を備える超音波口腔清掃具であって、
   上記超音波発生部は、
   電気信号により振動する振動素子と、
   上記振動素子が接着した接着面及び上記超音波放射面を有する振動板と、
   を含み、
   上記振動板は、
   樹脂からなり、
   この振動板における超音波振動の波長をλとし、ｎを４以上の自然数としたとき、ｎλ／２の厚さを有する
   超音波口腔清掃具。
2. 筒形状をなし、先端側が開放され、内部に液体を保持可能とした液溜め部と、
   上記液溜め部の基端側に配置された超音波発生部であって、
   上記液溜め部に液体を保持したとき、保持された液体に接する超音波放射面を有し、
   この超音波放射面から超音波を放射する超音波発生部と、
   を備える超音波口腔清掃具であって、
   上記超音波発生部は、
   電気信号により振動する振動素子及び上記振動素子が接着した振動板からなる超音波振動子と、
   上記振動板と異なる材質であり、樹脂からなり、上記振動板のうち、上記振動素子とは逆側の面に固着され、表面が上記超音波放射面をなす音響負荷層と、を含む
   超音波口腔清掃具。

Images