JP2005102837A - 超音波歯ブラシ - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波振動とブラッシング動作を併用する超音波歯ブラシにおいて、往復運動する超音波振動体への給電配線で断線のおそれのないものを提案する。
【解決手段】 歯ブラシ固定部３ａに超音波振動を伝達する超音波振動体４が設けられた中空の歯ブラシ駆動軸体３が往復運動し、把持体９内で、歯ブラシ駆動軸体３から引き出された超音波振動体４への電気配線７ｂを可動コイル２３に接続する。そして、回路基板７で発生させた超音波信号を固定コイル２２に供給する。超音波信号が固定コイル２２に印加されると、固定コイル２２と往復動作する可動コイル２３の電磁結合により可動コイル２３側に超音波信号が伝達されて超音波振動体４が超音波振動するものとなり、往復運動する超音波振動体４に電気配線は無接続でも所望の電力を供給することができ、断線のおそれのないものとできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、先端に歯ブラシ固定部をもつ軸体が把持体内で往復運動を行う超音波歯ブラシに関する。

近年、細菌のかたまりである歯垢（プラーク）を落とし、歯の清潔を保つことが虫歯や歯槽膿漏(歯周病)を予防する上で有効であることが知られている。この歯垢は糊のように歯の表面に強く粘り付いた汚れであるため、比較的大まかな往復運動である人手によるブラッシングでは磨き残しを生じてしまう。このため、歯垢の磨き残しをより少なくするために歯ブラシ部をより細かく往復運動させて歯磨きにおける歯垢除去効果を得ることのできる電動歯ブラシが多種市販されている。しかし、電動歯ブラシは機械的に歯垢除去を行うものであり、毛先が届きにくい部分には効果がないため、この毛先が届かない歯垢の除去を行うのに超音波振動を用いる超音波歯ブラシが実用化されている。

例えば、超音波振動と、電動でのブラシ動作を兼ね備えた超音波歯ブラシとしては、特許文献１に開示されているようなものが知られている。すなわち、特許文献１には動力駆動歯ブラシが開示されており、この動力駆動歯ブラシは、モータ軸に固定された偏心荷重の回転で柄のぶれの運動を生成し、この柄のぶれの運動方向を歯ブラシ固定部となる先端部での柄の断面形状を工夫して所望のものにしている。そして、偏心荷重の回転による歯ブラシの運動と歯ブラシ固定部の内部に設けた超音波振動体でブラシを多方向へ十分に振動させてその効果の及ぶ範囲を広くし、口腔衛生の目的を満足させることができるようにしている。

この超音波歯ブラシでは、歯ブラシ固定部に埋設された超音波振動体で超音波振動を生成させるとともに、偏心荷重の回転運動によるぶれの振動によって人手に代わるブラッシング動作を行わせるものであり、歯磨き動作における歯ブラシの移動ストロークを十分確保することが難しく、このためより大きなストロークを実現できる機構を備えた超音波歯ブラシが望まれていた。

上述に対し、より大きなストロークを実現できる機構を有する超音波歯ブラシの従来例としては、図６に示すようなものがある。図６の超音波歯ブラシは、歯ブラシ部１０６の裏面に超音波振動体１０５を配設することにより、超音波振動をブラシの毛１０６ａを介して歯ブラシと歯の接触部及びその周辺に到らせるとともに、歯ブラシ部１０６の往復運動によるブラッシング動作を行なわせている。
この超音波歯ブラシでは、中空の軸体１０４の先端の歯ブラシ固定部１０４ａにピエゾ素子などからなる超音波振動体１０５が埋設されており、歯ブラシ部１０６のブラシの毛１０６ａを介して超音波振動が歯に伝えられる。そして、これと同時に、モータ１００が回転し、回転運動がベベルギアとリンク機構によって軸方向の往復運動に変換され、歯ブラシにブラッシング動作させる。

モータ１００の回転運動は、モータ軸１００ａに固定した小径のベベルギア１０１から大径のベベルギア１０２に伝えられ、大径のベベルギア１０２は、モータの回転軸と直交する方向に回転運動する。大径のベベルギア１０２には、回転の軸中心からずらした位置に偏心ピン１０８が設けられている。偏心ピン１０８には連結レバー１０３の一端が回動自在に設けられ、連結レバー１０３の他端は軸体１０４に設けられた回動ピン１０９に回動自在に連結されて、リンク機構を構成している。
そして、モータ１００が回転すると大小のベベルギア１０２，１０１とリンク機構によって軸体１０４が往復駆動され、軸体１０４に固定されている歯ブラシ部１０６の往復運動が行われる。

中空の軸体１０４の先端に設けた超音波振動体１０５への電気配線は、軸体１０４の中を通して把持体１１０内に導入され、軸体１０４の後端の開口から引き出されて回路基板９９に導かれる。また、回路基板９９には、
モータ１００を回転制御する制御回路、超音波振動体１０５に供給する超音波信号を発生する超音波発振回路などが設けられ、これら制御回路、超音波発振回路などに二次電池９８から電源が供給される。
上述のような構成を備えることにより、図６に示される超音波歯ブラシは、歯磨きの時に、超音波振動と歯ブラシ部１０６の往復運動によるブラッシング動作を併用して磨き効果を向上させることができる。
特開２００３−６１９８６号公報（２頁、図１）

しかしながら、図６に示すような超音波歯ブラシでは、歯ブラシ部１０６が固定された軸体１０４の往復運動であるブラッシング動作とともに、超音波振動がこの歯ブラシ固定部１０４ａの超音波振動体１０５から発せられる。このとき、軸体１０４の往復運動によって、軸体１０４の中を通して引き出された電気配線１０７に強制的な繰返しの力が加えられる。これにより、電気配線の引出し部や回路基板の接続部などで繰返し曲げられ、この部分で断線する不具合を生じるおそれがあった。

本発明は、かかる点に鑑み、超音波振動体を、歯ブラシ固定部を設けた軸体とともに往復運動させる場合でも超音波振動体への給電配線が断線するおそれのない超音波歯ブラシを提供することを目的とする。

本発明の超音波歯ブラシは、開口を有する把持体に、その開口から突出されかつ先端に歯ブラシ固定部をもつ軸体を往復運動させる駆動機構を設けるとともに、この歯ブラシ固定部に超音波振動を生成する超音波振動体を設けた超音波歯ブラシであって、この超音波振動を生成する超音波振動体への超音波信号の供給を、その超音波信号を発生する超音波発振回路に接続した第１のコイルとこの超音波振動体に接続した第２のコイルとを介して行うようにしたものである。

本発明の超音波歯ブラシによれば、超音波信号を無接触の第１及び第２のコイルを介して超音波振動体に供給するようにしたので、超音波振動体を歯ブラシ固定部を設けた軸体とともに往復運動させても電気配線を断線させることのない信頼性の高い超音波歯ブラシとすることができる。

以下、本発明の超音波歯ブラシを実施するための最良の形態の例を図１〜図５を参照して説明する。

図１において、手で把持される把持体９は、プラスチック等の合成樹脂材料により射出成形法などで略円筒状に成形されており、その一端が閉成され、他端に開口９ａが設けられている。
把持体９には、開口９ａから突出するように歯ブラシ駆動軸体３が設けられ、歯ブラシ駆動軸体３の先端に超音波振動体４が埋設・固定された歯ブラシ固定部３ａが形成されている。そして、把持体９内で歯ブラシ駆動軸体３の後端に、この歯ブラシ駆動軸体３を往復運動させる駆動機構が設けられる。

この駆動機構の構成について図１〜図４を参照して説明する。
歯ブラシ駆動軸体３は、図１に示すように、中空のパイプ状のステンレススチールなどで作製される。歯ブラシ駆動軸体３の先端に設けた歯ブラシ固定部３ａに、一定方向にブラシの毛２ａが植毛された歯ブラシ部２が着脱自在に装着される。また、この歯ブラシ固定部３ａには、超音波振動体４が埋設されてプラスチックなどで一体に形成されている。

また、歯ブラシ駆動軸体３は、図１Ａ及びＢに示すように、２つのガイド部品１５，１５に移動自在に挿通される。２つのガイド部品１５，１５は、それぞれに摺動孔１５ａ，１５ａが穿孔され、図１に示すように、把持体９の開口９ａの内側で駆動機構との間に配設されて、歯ブラシ駆動軸体３を軸方向に移動自在としている。
把持体９内側の歯ブラシ駆動軸体３の後端に、図１に示すように、歯ブラシ駆動軸体３を往復運動させる駆動機構を構成するスライダ１３を設ける。なお、図２に、駆動機構の拡大図を示す。

スライダ１３は、図３Ａに示すように、プラスチックなどの材料による一面が開放された箱型のもので、このスライダ１３の、図面において左側面にカラー１４を介して歯ブラシ駆動軸体３を設け、図面において右側面に近い底面に略長方形孔１３ａを設ける。略長方形孔１３aは、図３Ａにおいて右側面に平行となる２辺を長辺、直角をなす２辺が短辺となるように形成される。
スライダ１３は、図３Ａに示すように、箱の開放側が図面の手前となるように横倒しした状態とし、この上面に３つのネジ挿通用の孔１３ｂ，１３ｂ，１３ｂと２つの矩形孔１３ｃ，１３ｃを設け、下面に大きな切欠き１３ｄを設ける。

また、図２に示すように、スライダ１３の略長方形孔１３ａに、大径のベベルギア１２に立設した偏心円柱１２ａが係合される。
偏心円柱１２ａは、図３Ｄに示すように、大径のベベルギア１２の回転中心に対して、例えば０．５〜１．５ｍｍ偏心させた円柱であり、この大径のベベルギア１２とプラスチック成型などで一体に形成される。そして、偏心円柱１２ａの外径を、スライダ１３の略長方形孔１３ａの短辺の長さよりも僅かに小さく形成し回動自在としている。
この大径のベベルギア１２に、歯形と歯すじが同一で歯数の少ない小径のベベルギア１１が歯合される。

小径のベベルギア１１は、プラスチック成型などで形成され、その中心にモータ５の軸が圧入固定されたものであり、モータ５の回転駆動力を大径のベベルギア１２を介して偏心円柱１２ａに伝達する働きを有する。

偏心円柱１２ａが回転すると、図１Ｂおよび図２に示すように、偏心円柱１２ａの回転中心が大径のベベルギア１２の回転中心に対して偏心しているため、偏心円柱１２ａと係合する略長方形孔１３aに、スライダ１３を振り回すような力が働く。しかし、スライダ１３に立設されている歯ブラシ駆動軸体３がガイド部品１５，１５によって軸方向のみに摺動されるため、結局スライダ１３は伝達手段２０の可動コイル２３と一緒に、歯ブラシ駆動軸体３の軸方向に駆動され、例えば1,000〜20,000回/分の往復運動を行うものとなる。

このときのスライダ１３及び歯ブラシ駆動軸体３の往復運動のストロークは、大径のベベルギア１２に対する偏心円柱１２ａの偏心量の略２倍となり、例えば１〜３ｍｍである。
このスライダ１３に、図２に示すように、電磁結合による伝達手段２０の可動コイル２３を取付ける。

伝達手段２０は、後述する回路基板７の超音波発振回路で生成した超音波信号を超音波振動体４に伝達するものであり、図３Ｂに示すように、フェライトコア２１と固定コイル２２と可動コイル２３から構成する。
フェライトコア２１は、図４の分解斜視図に示すように、Ｅ形コア２１ａとＩ形コア２１ｂの２つの部材からなっている。
これら２つの部材は、飽和磁束密度が高く、高周波数帯域でもコアロスの少ないフェライト材から構成されている。そして、Ｅ形コア２１ａの略正四角柱をなす中央の支柱２１ａ-2に固定コイル２２のボビンの孔と可動コイル２３のボビンの孔を挿通してから、Ｅ形コア２１aの両端の支柱２１ａ-3，２１ａ-3の上にＩ形コア２１ｂを設け、閉じた磁気回路が形成される。
このとき、伝達手段２０は、固定コイル２２と可動コイル２３の間にわずかの隙間を設けるように形成される。

固定コイル２２は、図４に示すように、略正四角形の孔を設けた巻線用ボビンに絶縁被覆された銅線などを複数巻装したもので、銅線の両端はボビンの下鍔（つば）に設けた端子ピンに接続される。なお、ボビンの下鍔に長溝が設けられた固定コイル２２が、Ｅ形コア２１ａの横材２１ａ-1に嵌め込まれて接着・固定される。

可動コイル２３は、図４に示すように、Ｅ形コア２１ａの中央の支柱２１ａ-2に対して往復動作ができるように巻線用ボビンに略長方形の孔が設けられ、これに絶縁被覆された銅線などを複数巻装したものである。そして、銅線の両端はボビンの上鍔に設けた端子板２４の端子に接続される。
端子板２４は、可動コイル２３のボビンの上鍔の一端に設けられ、その他端にはスペーサ２５が設けられる。そして、端子板２４に固定用の１つのネジ孔２４ａと２つの接続端子２４ｂ，２４ｂを設け、スペーサ２５に固定用の２つのネジ孔２５ａ，２５ａを設ける。

フレーム１０は、図３Ｃに示すように、矩形枠を２つ連ねて一体にした形状となっており、このフレーム１０の両端の面には大きな切欠きが設けられている。そして、フレーム１０の中仕切り面に細長い切欠き１０ｂを設けるとともにモータ５の固定用の孔１０ｃ，１０ｃが２つ設けられる。また、図３Ｃに示すように、スライダ１３が収納されるフレーム１０の左側の矩形枠の側面に大径のベベルギア１２の回転シャフトを配設するための孔１０ａ，１０ａを対向して設ける。

以下、フレーム１０への部品の組み込みと把持体９への組み込み手順を、図１，図２，図３を参照して説明する。

フレーム１０への部品の組み込みは、先ず、図３Ａに示すスライダ１３と図３Ｂに示す伝達手段２０の可動コイル２３を、スライダ１３の３つの固定孔１３ｂ、１３ｂ、１３ｂと可動コイル２３に固定した端子板２４とスペーサ２５のネジ孔２４ａ，２５ａ，２５ａを位置合わせする。そして、スライダ１３と伝達手段２０の可動コイル２３を螺着する。

次に、図３Ｄに示す大径のベベルギア１２の偏心円柱１２ａを図３Ａに示すスライダ１３の略長方形孔１３ａに入れて係合させ、このように一体にしたものを図３Ｃに示すフレーム１０の矩形枠内に嵌め込み、回転シャフト配設用の孔１０ａ，１０ａに図示しない大径のべベルギア１２のシャフトを挿入し、大径のべベルギア１２を回転自在とする。

次に、小径のベベルギア１１が固定されたモータ５を、図２に示すように、大径のベベルギア１２と小径のベベルギア１１が歯合するようにフレーム１０に組み込む。
最後に、図１Ａ及びＢに示すように、伝達手段２０の固定コイル２２の下鍔に設けられた端子ピンを、回路基板７の図示しないスルーホールに挿入・はんだ付けして電気的に接続するとともに、スライダ１３に設けられている歯ブラシ駆動軸体３を２つのガイド部品１５，１５に挿通して把持体９内に装着する。

また、本例において、図１ＡおよびＢに示すように、把持体９内の駆動機構の開口９ａ側と反対の奥側に、二次電池６が収納固定され、また回路基板７が駆動機構と背中合わせに近接して設けられ、さらに把持体９の外面に押し釦構成の操作釦８が設けられる。
回路基板７は、電気配線７ｃでモータ５と接続され、電気配線７ｄにより二次電池６から直流電圧を供給され、この回路基板７には、モータ制御回路と超音波発振回路とスイッチ７ａが設けられる。

超音波発振回路は、図５の回路構成図に示すように、超音波振動体４に超音波振動を起こさせる、例えば１．０〜１．９ＭＨｚの超音波信号を生成するものである。この生成された超音波信号は、回路基板７のスルーホール、ピン状の接続端子を介して固定コイル２２に供給される。
また、超音波振動体４に接続される電気配線７ｂは、図１Ａ，図５に示すように、中空の歯ブラシ駆動軸体３の中を通されて、伝達手段２０の可動コイル２３の絶縁被覆された銅線が接続された端子板２４の端子２４ｂ，２４ｂに接続される。このようにして、超音波振動体４と可動コイル２３は直列接続されて閉回路が形成される。

把持体９の外面に設けた操作釦８は、押すことにより把持体９の内側に突出されている操作桿が回路基板７上に設けられたスイッチ７ａの操作子を押下し、回路基板７の超音波発振回路及びモータ５の制御回路の作動または停止の切り替え動作を行なうものである。

以下、このように構成された超音波歯ブラシの動作を説明する。
まず、操作釦８を押すと回路基板７に設けられているスイッチ７ａの操作子が押されてモータ制御回路と超音波発振回路などが作動する。

モータ制御回路で生成された制御電圧は、モータ５に供給され、モータ５を回転運動させる。このモータ５が回転すると、図１Ａ及びＢ，図２に示すように、小径のベベルギア１１が一緒に回転し、これと歯合している大径のベベルギア１２が回転駆動され偏心円柱１２ａが回転する。
そして、略長方形孔１３ａを介して、スライダ１３とこのスライダ１３に立設されている歯ブラシ駆動軸体３に、例えば1,000〜20,000回/分の往復運動を行わせる。
このとき、図１Ｂに示すように、回路基板７に接続・固定された伝達手段２０の固定コイル２２と、可動コイル２３の間にわずかの隙間が設けられているので、固定コイル２２に対して可動コイル２３は歯ブラシ駆動軸体３と一緒に往復運動を行う。

また、超音波発振回路で生成され固定コイル２２に供給された超音波信号は、図５に示すように、固定コイル２２と可動コイル２３の電磁結合によって、超音波振動体４に電力を供給することができる。
このとき、可動コイル２３は歯ブラシ駆動軸体４とともに往復運動を行い、可動コイル２３は固定コイル２２に対して往復運動を行うが、この往復運動は超音波信号の伝達効率を損なわせるものである。しかし、本例では可動コイル２３の往復のストロークはさほど大きくなく、また、超音波信号が例えば１．０〜１．９ＭＨｚの高周波数帯域のものであるため、可動コイル２３と固定コイル２２の電磁結合は十分な伝達効率をもつものとなり、超音波振動体４に所望の超音波信号を供給できる。

そして、生成された超音波振動は、超音波振動体４が埋設された歯ブラシ固定部３ａ→歯ブラシ部２→ブラシの毛２ａ→毛の先端、と伝播され、ブラシの毛が到達可能な範囲の歯と歯茎の周辺に直接超音波の振動エネルギが印加される。
これにより、歯ブラシ部２の往復運動でブラッシング動作とともに、歯ブラシ固定部３ａの内部で生成された超音波の振動エネルギがブラシの毛２ａが到達可能な範囲の歯と歯茎の周辺に直接印加されるものとなる。

本例の超音波歯ブラシによれば、超音波振動体４への給電は、伝達手段２０でフェライトコア２１の支柱２１ａ-2を固定コイル２２と可動コイル２３のボビンの孔に挿通して配されることによる電磁結合によって行われる。
そして、可動コイル２３と固定コイル２２が無接触であるにもかかわらず、電磁結合によって超音波振動体４に超音波信号を伝達でき、所望の超音波振動を発生させることができる。

また、可動コイル２３は歯ブラシ駆動軸体３と一緒に往復運動し、固定コイル２２に対してずれの動作を行なうが、往復運動のストロークが１〜３ｍｍ程度と小さく、可動コイル２３と固定コイル２２の隙間もわずかであるため超音波振動体４への電力供給に支障を生じることはない。
そして、歯ブラシ駆動軸体３の往復運動の周期を短くし、例えば1,000〜20,000回／分程度と大きなものとしても、超音波振動体４と回路基板７が直に電気配線で接続されたものでないため、電気配線が繰返しの曲げの力を受けることによる断線を生じるおそれがなくなり、超音波振動体４への超音波信号の伝達を信頼性の高いものとできる。

なお、本発明の超音波歯ブラシの伝達手段２０は、上記実施の形態の例に限定されるものでなく、超音波振動体４に１．０〜１．９ＭＨｚの超音波振動を生成する超音波信号を効率よく供給するため、フェライトコアの代わりにパーマロイ製のコアなどの、コアロスがより小さく高周波数帯域まで特性が良好なものを用いてもよい。
また、本発明の超音波歯ブラシの往復の駆動機構を、大小のベベルギア１２，１１と大径のベベルギア１２に一体に設けた偏心円柱１２ａとスライダ１３に設けた略長方形孔１３ａとの係合によって行わせる機構の例で説明したが、この代わりに図６例で説明した大小ベベルギアとリンク機構の組合わせや、ほかの往復運動生成機構であってもよいことは勿論である。

さらに、上述例の超音波歯ブラシを、超音波振動体４を先端の歯ブラシ固定部３ａに埋設した例で説明したが、超音波振動体４の取付け位置を把持体９の内側に配される歯ブラシ駆動軸体として用いることで、歯ブラシ駆動軸体を超音波振動の伝達媒体として先端の歯ブラシ部に超音波振動を伝達するようにしてもよい。
すなわち、歯ブラシ部が設けられる歯ブラシ駆動軸体とともに超音波振動体４と伝達手段２０の可動コイル２３が往復運動し、この超音波振動体４への超音波信号の伝達を、電磁結合を利用する伝達手段２０を組み込むことで行う構成であれば、上述例と同様の作用効果が得られることは容易に理解できよう。

また、本発明は、上述例に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できるものである。

本発明の超音波歯ブラシの実施の形態の例を示す図であり、Ａは把持体を切断して構造を示す平面図、ＢはＡの側面図である。 図１の歯ブラシ部の駆動機構を説明するための斜視図である。 図２の駆動機構の構造の説明に供する図であり、Ａはスライダ、Ｂはフレーム、Ｃは伝達手段、Ｄは大径のベベルギアの斜視図である。 図３Ｃに示す伝達手段の構造の例を示す分解斜視図である。 本発明の超音波歯ブラシの回路構成図である。 従来の超音波歯ブラシの例を示す断面図である。

符号の説明

２・・・・歯ブラシ部、３・・・・歯ブラシ駆動軸体、３ａ・・・・歯ブラシ固定部、４・・・・超音波振動体、４ａ・・・・歯ブラシ部、５・・・・モータ、６・・・・二次電池、７・・・・回路基板、８・・・・操作釦、９・・・・把持体、９ａ・・・・開口、１０・・・・フレーム、１１，１２・・・・ベベルギア、１２ａ・・・・偏心円柱、１３・・・・スライダ、１３ａ・・・・略長方形孔、１５・・・・ガイド部品、２０・・・・伝達手段、２１・・・・フェライトコア、２２・・・・固定コイル、２３・・・・可動コイル

Claims (3)

1. 開口を有する把持体に、該開口から突出されかつ先端に歯ブラシ固定部をもつ軸体を往復運動させる駆動機構を設けるとともに、前記歯ブラシ固定部に超音波振動を生成する超音波振動体を設けた超音波歯ブラシであって、
   前記超音波振動を生成する超音波振動体への超音波信号の供給を、
   該超音波信号を発生する超音波発振回路に接続した第１のコイルと前記超音波振動体に接続した第２のコイルとを介して行うようにした
   ことを特徴とする超音波歯ブラシ。
2. 請求項１記載の超音波歯ブラシにおいて、
   前記第１のコイルを固定とし、前記第２のコイルを前記第１のコイルに対して運動自在にした
   ことを特徴とする超音波歯ブラシ。
3. 請求項１記載の超音波歯ブラシにおいて、
   先端に前記歯ブラシ固定部をもつ前記軸体の往復運動の回数を1,000〜20,000回／分とした
   ことを特徴とする超音波歯ブラシ。

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