JP2006034569A

JP2006034569A - 超音波電動歯ブラシ

Info

Publication number: JP2006034569A
Application number: JP2004218356A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nemoto; 崇根本; Hirotsugu Sato; 博次佐藤; 和彦 ▲高▼野; Kazuhiko Takano; Fumihiro Utsunomiya; 文博宇都宮
Original assignee: Hirose Electric Co Ltd; Toray Ireeve Corp
Current assignee: Hirose Electric Co Ltd; Toray Ireeve Corp
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】入力電圧が低い場合であっても一定以上の大きな出力電圧を得ることができ、また、そのような出力電圧を安定的に供給することができる、超音波電動歯ブラシを提供することを目的とする。
【解決手段】超音波電動歯ブラシであって、電源と；電源からの入力電圧を昇圧して入力電圧よりも大きな電圧にする昇圧回路と、昇圧回路によって昇圧された電圧を安定化させる安定回路と、を有する超音波振動発生部と；低周波振動発生部と；を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波電動歯ブラシ、特に、昇圧回路と安定回路を備えた超音波電動歯ブラシに関する。

従来の電動歯ブラシは、電源として、電源コードを用いて商用電源を直接に使用し、或いは、取り扱いの便利さ及び電池寿命を考慮して、二次電池のような充電可能な電池に充電してから使用していた。しかしながら、前者の方法は、電池寿命を気にする必要はないものの、使い勝手が極めて悪く、一方、後者の方法は、電池の消耗につれて電圧が小さくなることから、超音波による洗浄効果が十分に得られなくなり、また、初期電圧と終止電圧との差が大きいことから、使い始め時期と使い終わり時期の間でバラツキが生じてしまうといった問題があった。

これらの方法に加えて、乾電池を用いる方法も考えられる。しかしながら、電動歯ブラシの中でも、特に、超音波電動歯ブラシは、口腔内掃除用として適度な超音波強度を得るために超音波駆動用電源電圧として一定以上の電圧を必要とし、このような電圧を、電池寿命が実用的であり価格もリーズナブルな単三ないし単四型乾電池を用いて、しかも、それらの乾電池自体からの電源電圧だけを利用して実現しようとすれば、複数本、例えば４本程度の乾電池を組み合わせて使用しなければならなくなり、当然のことながら、歯ブラシは、大きくなり、重くなる。更に、乾電池を用いた場合には、二次電池等と同様に、電池の消耗によって電圧が小さくなり、超音波による洗浄効果が十分に得られなくなる等の問題があった。

特開２００３−６１９８６号公報

超音波を用いた電動歯ブラシが開示されている。

本発明は、これら従来技術における問題点を解決するためになされたものであり、入力電圧が低い場合であっても一定以上の大きな出力電圧を得ることができ、また、そのような出力電圧を安定的に供給することができる、超音波電動歯ブラシを提供することを目的とする。

本発明によれば、電源と；電源からの入力電圧を昇圧して入力電圧よりも大きな電圧にする昇圧回路と、昇圧回路によって昇圧された電圧を安定化させる安定回路と、を有する超音波振動発生部と；低周波振動発生部と；を備えたことを特徴とする超音波電動歯ブラシが提供される。

上記歯ブラシにおいて、前記電源は乾電池又は二次電池であってもよい。

また、上記歯ブラシにおいて、前記低周波振動発生部は前記電源に直接接続されていてもよい。

更に、上記歯ブラシにおいて、前記昇圧回路は、前記入力電圧が入力される入力端子に接続されたインダクタンスコイルおよび差動アンプと、前記インダクタンスコイルと前記差動アンプの間に接続されたスイッチング用のトランジスタを有し；前記安定回路は、前記安定化された電圧が出力される出力端子とグランドの間に接続されたコンデンサと、前記グランドと前記コンデンサの間に接続された電圧を検知する抵抗を有し；前記入力端子は前記差動アンプの第１の入力端子に、前記抵抗は前記差動アンプの第２の入力端子に、前記差動アンプの出力端子は前記トランジスタに、それぞれ接続されており、前記差動アンプの出力端子からの信号に応答して、前記トランジスタをスイッチング動作させ、前記インダクタンスコイルから前記コンデンサに電圧を蓄積させるものであってもよい。

実際に使用する電圧よりも低い電圧源を用いて、超音波による洗浄効果にバラツキを生じさせることなく、安定的に駆動させることができる超音波電動歯ブラシを提供することができる。

図面を参照して、本発明による超音波電動歯ブラシの一実施形態を説明する。

図１に、本発明による超音波電動歯ブラシの概略横面図、図２に、この超音波電動歯ブラシに用いることができる電源システムの概略機能ブロック図を、それぞれ示す。この超音波電動歯ブラシ１に設けたシステム２は、電源３と、この電源３によって駆動される、超音波振動発生部５、低周波振動発生部７、その他の回路（図示されていない）、及びこれらを制御する例えばＣＰＵ９１のような制御部９から成る。尚、図１には、図面簡略化のため、これらのシステム構成部品のうち、超音波振動発生部５と低周波振動発生部７のみを示した。

低周波振動発生部７は、歯ブラシのブラシ部分を低周波振動、例えば、歯ブラシを回転させ、或いは、二方向に大きく反復運動させて、歯垢を実際にこすり落とすための部分である。これに対して、超音波振動発生部５は、歯ブラシのブラシ部分を超音波振動させることにより、歯垢などの口腔内の汚れを剥離除去し易い状態とするための部分である。この超音波振動によるブラッシング方法は、近年開発された画期的な方法である。低周波振動発生部７による低周波振動は、人間の目にも明らかな比較的大きな振動であるのに対して、超音波振動発生部５による超音波振動は人間の目ではその振動の速さを判断しずらい程の小さな振動である。

低周波振動発生部７には、例えば、歯ブラシ（図示されていない）を低周波振動させるための電動モーター７１が含まれる。歯ブラシは、この電動モーター７１によって回転等させられる。一方、超音波振動発生部５には、電源３の電圧を昇圧させる昇圧回路５１と、この昇圧回路５１によって昇圧された電圧を安定化させる安定回路５３、この安定回路５３によって安定化された電圧によって超音波振動を生成する超音波生成回路５５、その他の回路（図示されていない）が含まれる。特に、超音波生成回路５５には、例えば、圧電振動子や回転電動機等が含まれていても良いが、この点は、上記公報にも掲載されているように既に良く知られているため、ここではこれ以上は説明しない。

本発明の超音波電動歯ブラシでは、電源３として、例えば、乾電池４（図１参照）や二次電池（ニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池等）を使用することができる。これらの電池の中でも、サイズ、重量、電池寿命の観点から、例えば、単三型乾電池や単三型の二次電池が好ましい。これらの電池を用いることにより、電動歯ブラシを小型軽量化、低コスト化、更には、携帯容易にすることができる。尚、携帯性に支障は生じるが、商用電源３や充電器を併用することは自由である。

これら乾電池や二次電池の個数は、例えば２本とすることができる。単三乾電池或いは単三型の二次乾電池を２本用いることとした場合、それらの公称電圧は、それぞれ、１．５Ｖ×２＝３．０Ｖ、或いは、１．２Ｖ×２＝２．４Ｖとなる。このような大きさの公称電圧に対して、電動歯ブラシを駆動するには、一般に、約６．０Ｖ程度が必要と考えられ、本発明の歯ブラシについても同様である。不足分の電圧を補うため、システム２では、昇圧回路５１を設けることによって、３．０Ｖや２．４Ｖといった低い公称電圧にもかかわらず、必要とされる約６．０Ｖの電圧を得ることができるものとしている。

電圧の大きさは、超音波振動発生部５にとって特に重要である。一般に、低周波振動発生部７、即ち、電動モーター７１は、電池がある程度消耗しても動作し続けること、また、超音波電動歯ブラシにおいては、低周波振動発生部７による洗浄効果が超音波振動発生部５によるそれに比べて副次的な働きしか持たないこと等の理由から、たとえ、電池消耗によって電池電圧が低下し、低周波振動発生部７における振動強度が低下しても、その影響はさ程問題とならない。

これに対して、超音波振動発生部５では、口腔内掃除用として適度な超音波強度を得るために、常に一定以上の、好ましくは約２．４ＭＨｚ程度の、超音波振動を発生させる必要があり、これを実現するには、例えば、約５Ｖ程度の電圧を必要とする。更に、超音波による洗浄効果にバラツキが生じないよう、この電圧は、常に安定的に供給される必要もある。特に、乾電池や二次電池は、初期電圧と終止電圧の差が大きく、特に、それらの使い終り時期には電圧が極端に低下してしまうため、十分な洗浄効果が得られないといった問題が生じやすい。

以上の問題を解決するため、システム２では、昇圧回路５１に加えて、安定回路５３を設けることとした。昇圧回路５１に安定回路５３を付加することにより、常に一定以上の、しかも安定した出力電圧を得ることができ、たとえ消耗によって電池の電圧が変動しても、超音波振動発生部５を駆動させるための電圧を常に得ることができる。

図３に、昇圧回路５１と安定回路５３の具体的な回路図の一例を示す。この図では、便宜上、昇圧回路５１に相当する部分と安定回路５３に相当する部分を区分し、前者の部分に、図２と同じく参照番号「５１」を、後者の部分に、参照番号「５３」を、それぞれ付している。ただし、この区分は、理解を容易にするための便宜的なものにすぎない。

昇圧回路５１には、入力端子５７に接続されたインダクタンスコイル６０と、インダクタンスコイル６０と安定回路５３の間に接続された整流用のダイオード６２と、インダクタンスコイル６０とダイオード６２の間から延び、これらとグランドの間に接続されたスイッチ用の電界効果トランジスタ６４（ＦＥＴ）と、更に、安定回路５３からの帰還信号と入力端子５７からの入力信号が入力される、トランジスタ６４に接続された差動アンプ６６等が含まれる。

一方、安定回路５３には、出力端子５９とグランドの間に接地状態で設けた電圧蓄積用のコンデンサ７０と、一端において昇圧回路５１のダイオード６２に接続され且つ他端においてグランドに接地され、コンデンサ７０における電圧を検知してそれに応答する帰還信号を発生させる、直列接続された２つの抵抗７２、７４等が含まれる。尚、コンデンサ７０は、図示したような有極性のものがより好ましいが、無極性のものを使用することもできる。図面からは明らかでないが、この安定回路５３のエネルギー効率は８０％以上と高効率であり、また、ここで使用されている回路部品は小型、軽量であるため、システム２は、サイズ、重量、電池寿命を最適に保ちながら、しかも、超音波による洗浄効果にバラツキがない最適なシステムであるということができる。

次に、図３の回路動作を以下に簡単に説明する。入力端子５７に入力電圧が印加されると、差動アンプ６６の第１の入力端子８０の一方と、インダクタンスコイル６０に電流が流れ、インダクタンスコイル６０に電気が蓄積される。インダクタンスコイル６０に蓄積された電気は、差動アンプ６６の出力端子８２から発生されるであろうパルス信号に応答して、ダイオード６２を介して安定回路５３へ流れる。安定回路５３において、その電流の一部はコンデンサ７０を充電させ、これによって、超音波振動発生部５を駆動するために必要とされる一定以上の電圧、上の例で言えば、例えば約５Ｖの電圧を常時そこに蓄積させるようになっている。尚、このコンデンサ７０における電圧は、超音波振動発生部５の使用時には常に補充された状態とされ、常に一定以上の電圧を保持する。

ダイオード６２を介して安定回路５３へ流れ出た残りの電流は、抵抗７２、７４に流れる。この結果、これらの抵抗７２、７４によって定められる電圧、即ち、（Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））×Ｖ（Ｒ１は抵抗７２の抵抗値、Ｒ２は抵抗７４の抵抗値、Ｖはコンデンサ７０に置ける電圧値）に対応する帰還電流が、差動アンプ６６の第２の入力端子８１へ戻されることになる。差動アンプ６６は、この第２の入力端子８１に印加された帰還信号と第１の入力端子８０に印加された入力信号との差に応答して、出力端子８２から上記のパルス信号を発生させ、これによってインダクタンスコイル６０からコンデンサ７０に電気を補充する。結果として、コンデンサ７０には常に一定以上の電気が安定的に蓄積されることとなる。以上の一連の回路動作により、システム２では、常に入力電圧以上の安定した出力電圧を得ることができる。

上の回路において、昇圧回路５１によって昇圧され得る最大電圧の大きさは、例えば、抵抗７２、７４や差動アンプ６６に適当なものを使用すること（適当なものに交換すること）によって適宜に決定することができる。これらは、回路設計者によって定められる任意事項である。

尚、制御部９は、電源３に直接接続せずに、図３の例に示すように、超音波振動発生部５の昇圧回路５１や安定回路５３を介して電源３に接続するのが好ましいと考える。これにより、より安定した電圧を提供することができるからである。但し、制御部９は、電源３に直接接続することもできる。

これに対して、低周波振動発生部７は、電池寿命を長持ちさせるため、図３の例に示すように、電源３に直接接続するのが好ましく、また、実用的と考えられる。但し、低周波振動発生部７についても、超音波振動発生部５と同様に、昇圧回路５１や安定回路５３を設けて、これらを介して電源３に接続するようにしてもよい。尚、図３の例に示すように、低周波振動発生部７を電源３に直接接続した場合、低周波振動発生部７による動作状態、即ち、歯ブラシの低周波振動は、電池が消耗するにつれて、目に見える形で劣化していくことになるから、人間の目では判断しずらい超音波振動発生部５による超音波振動の劣化状態を、人間の目や体感によっても明らかな低周波振動発生部７による低周波振動の劣化状態で判断できるといった利点もある。言い換えれば、低周波振動発生部７を、電池消耗の度合いを判断するための監視装置として使用して、超音波振動の劣化状態を予想することができるということである。

以上、本発明を、超音波電動歯ブラシを例に挙げて説明したが、本発明の原理は、超音波歯ブラシだけでなく、昇圧化と安定化を必要とする簡易電源システムに幅広く利用することができるだろう。

昇圧化と安定化を必要とする電源に幅広く用いることができ、また、その簡易構造故に低コストで、例えば、超音波電動歯ブラシ等に好適に適用することができる。

本発明による超音波電動歯ブラシの概略横面図である。本発明による超音波電動歯ブラシに用いることができる電源システムの概略機能ブロック図である。昇圧回路と安定回路の具体的な回路図例である。

Claims

電源と；電源からの入力電圧を昇圧して入力電圧よりも大きな電圧にする昇圧回路と、昇圧回路によって昇圧された電圧を安定化させる安定回路と、を有する超音波振動発生部と；低周波振動発生部と；を備えたことを特徴とする超音波電動歯ブラシ。
前記電源は乾電池又は二次電池である請求項１記載の歯ブラシ。
前記低周波振動発生部は前記電源に直接接続される請求項１又は２記載の歯ブラシ。
前記昇圧回路は、前記入力電圧が入力される入力端子に接続されたインダクタンスコイルおよび差動アンプと、前記インダクタンスコイルと前記差動アンプの間に接続されたスイッチング用のトランジスタを有し；前記安定回路は、前記安定化された電圧が出力される出力端子とグランドの間に接続されたコンデンサと、前記グランドと前記コンデンサの間に接続された電圧を検知する抵抗を有し；前記入力端子は前記差動アンプの第１の入力端子に、前記抵抗は前記差動アンプの第２の入力端子に、前記差動アンプの出力端子は前記トランジスタに、それぞれ接続されており、前記差動アンプの出力端子からの信号に応答して、前記トランジスタをスイッチング動作させ、前記インダクタンスコイルから前記コンデンサに電圧を蓄積させる請求項１乃至３のいずれかに記載の歯ブラシ。