JP2009045345A

JP2009045345A - 超音波歯ブラシ

Info

Publication number: JP2009045345A
Application number: JP2007216204A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Kyodo; 康正京藤; Toru Sano; 徹佐野
Original assignee: University of Tsukuba NUC; Santec Co Ltd
Current assignee: University of Tsukuba NUC; Santec Co Ltd
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2009-03-05

Abstract

【課題】超音波発振手段から発振される超音波振動の減衰を減らし、口腔内の広範囲に亘って、超音波振動が伝播される超音波歯ブラシを提供する。
【解決手段】
中空部１２ａを有し、ブラシ１１が設けられたヘッド１２と、先端部１４ａに超音波振動を発振する超音波発振手段１３が設けられ、先端部１４ａがヘッド１２の中空部１２ａに取り付けられるロッド１４とを備え、ヘッド１２は、超音波発振手段１３からの超音波振動を放射するため、ブラシ１１が設けられた面２１に、第１の放射手段２３が設けられるとともに、ブラシ１１が設けられた面２１と対向する面２２に、第２の放射手段２６が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヘッドに超音波発生手段を設け、この超音波発生手段で発振された超音波振動を口腔内に伝播させ、口腔内を洗浄する超音波歯ブラシに関する。

従来より、偏心モータを作動させ、ブラシを振動させる、いわゆる電動歯ブラシがある。この電動歯ブラシは、ブラシに振動を伝達することにより、使用者が歯ブラシ本体を歯に対して往復動作させる歯磨き動作を行う手間を省くことができる。

この電動歯ブラシには、さらに、超音波振動を放射するいわゆる超音波歯ブラシがある。この超音波歯ブラシでは、ブラシを歯にあてると、超音波振動により、歯垢が除去されたり殺菌洗浄することができる。従来の超音波歯ブラシは、ブラシが設けられる柄の内部に超音波発振手段が内蔵され、この超音波発振手段から発振される超音波振動を、ブラシを介して口腔組織へ向け伝播させる構造を有する。

しかしながら、このような従来の超音波歯ブラシは、ブラシの毛が振動吸収性を有しているため、口腔内にまで直接的には超音波振動が伝播されにくいものとなっている。さらに、従来の超音波歯ブラシは、超音波発振手段が柄内部に内蔵され、完全に覆われている構造を有していることから、超音波振動が放射されにくく、広範囲、例えば口腔内全体に亘って超音波振動を伝播させることが困難である。

特開２００４−５７５３４号公報

本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、超音波発振手段から発振される超音波振動の減衰を減らし、口腔内の広範囲に亘って、超音波振動を伝播することができる超音波歯ブラシを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明に係る超音波歯ブラシは、中空部を有し、ブラシが設けられたヘッドと、先端部に超音波振動を発振する超音波発振手段が内蔵され、先端部がヘッドの中空部に取り付けられるロッドとを備える。そして、ヘッドは、超音波発振手段からの超音波振動を放射するため、ブラシが設けられた面に、第１の放射手段が設けられるとともに、ブラシが設けられた面と対向する面に、第２の放射手段が設けられている。

本発明に係る超音波歯ブラシは、ヘッドに第１の放射手段及び第２の放射手段が設けられていることから、超音波発生手段で発生された超音波振動が直接的に口腔内に伝播されることになり、したがって、歯垢除去や殺菌洗浄を従来より、効果的に行うことができる。

以下、本発明が適用された超音波歯ブラシについて図面を参照して詳細に説明する。

本発明が適用された超音波歯ブラシ１は、図１、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、ブラシ１１が設けられるヘッド１２と、ヘッド１２が先端部１４ａに取り付けられるロッド１４と、ロッド１４の先端部１４ａに取り付けられる超音波発生手段となる圧電振動子１３と、ロッド１４が取り付けられる本体部１５とを備えている。超音波歯ブラシ１は、ロッド１４の先端部１４ａに圧電振動子１３が設けられており、この圧電振動子１３から発振される超音波振動が口腔内に伝播され、口腔組織を殺菌し、歯垢等の歯の洗浄を行うことができる。

なお、ここで説明する本発明が適用された超音波歯ブラシ１は、ヘッド１２がロッド１４から着脱可能な構成を有しているが、これに限らず、ヘッド１２とロッド１４とが一体に形成され着脱できなくてもよい。ヘッド１２とロッド１４とが一体の場合には、ヘッド１２とロッド１４とが本体部１５から着脱可能であってもよい。

ロッド１４の先端部１４ａに取り付けられるヘッド１２は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、硬質な合成樹脂により略直方体形状に成形されてなり、内部に中空部１２ａが形成されている。ヘッド１２は、上面２１に、ブラシ１１が形成されているとともに、この上面２１上で、ブラシ１１が設けられていない間隙に中空部１２ａと連通し、圧電振動子１３からの振動を放射する第１の放射手段となる放射孔２３が形成されている。ヘッド１２の上面２１の短辺側の側面２５には、中空部１２ａと連通され、ロッド１４の先端部１４ａが挿入される挿入口２４が形成されている。

放射孔２３は、上面２１のブラシ１１が植毛されていない領域に複数形成され、中空部１２ａに配設される圧電振動子１３から発振される超音波振動を上面２１側に放射する。なお、放射孔２３は、上面２１上の全体に亘って均一に分散させて形成されているが、数に限定されるものではなく、１つであってもよい。

挿入口２４は、ロッド１４の先端部１４ａに設けられる圧電振動子１３が挿入されるための挿入口である。

また、ヘッド１２は、上面２１と対向する下面２２に、第２の放射手段となる圧電振動子１３を一部露出するための切欠部２６が形成されている。この切欠部２６は、下面２２と下面２２の両長辺と隣接する一対の側面２７、２８に亘って、中空部１２ａが下面２２側で露出するように形成されている。ヘッド１２の上面２１は、ブラシ１１を設ける必要があるため、ブラシ１１の間隙にしか圧電振動子１３から発振された超音波振動を放射するための放射孔２３を設けることができないが、ヘッド１２の下面２２では、ブラシ１１を設ける必要がないため、超音波振動を放射する切欠部２６も大きく形成することができる。

なお、ヘッド１２は、上述のように、略直方体形状に限らず、ブラシ１１が設けられ、ヘッド１２に挿入される圧電振動子１３からの超音波振動をヘッド１２等を媒介せずに放射できる形状を有するものであれば、例えば、卵型などのいかなる形状であってもよい。

ロッド１４は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、基端部で本体部１５と接続され、先端部１４ａにヘッド１２を取り付けるためのヘッド取付部３１が設けられている。このヘッド取付部３１には、底板３２と、底板３２の両端に形成された一対のガイド板３３、３４と、ロッド１４側に形成された挿入規制部３５が設けられている。このようなヘッド取付部３１は、全体がヘッド１２の中空部１２ａの大きさに対応するように形成され、ヘッド１２がヘッド取付部３１に取り付けられた際に、がたつかないようになっている。すなわち、ヘッド取付部３１は、底板３２がヘッド１２の中空部１２ａの奥行き長さ、すなわち、中空部１２ａの挿入方向（図２及び図３中矢印Ａ方向）長さと略同一の長さを有し、ヘッド１２の中空部１２ａの挿入口２４の幅方向長さと略同一の長さを有するように形成されている。

ロッド１４は、ステンレス等の金属材料で、中空部１４ｂを有する円筒状に形成され、この中空部１４ｂに圧電振動子１３へ電源等を供給するリード線３７が挿通される。なお、ロッド１４は、上述のように金属材料から形成されることに限らず、例えば、硬質な合成樹脂等から形成するようにしてもよい。

ヘッド取付部３１の底板３２には、多数の貫通孔３６が全体に亘って形成されている。底板３２上には、圧電振動子１３が、底板３２と離間して配設され、この位置にある圧電振動子１３から発振された超音波振動が、底板３２の貫通孔３６を通り、ヘッド１２の切欠部２６より放射されるようになっている。なお、この貫通孔３６は、上述に限らず、例えば、貫通孔３６を底板３２に１つ大きく形成するようにしてもよく、多数の貫通孔３６を設けた場合と同様の超音波振動が放射される。

底板３２には、ロッド１４側に、ヘッド１２を装着し抜け止めを防止する係止片３２ａが形成されている。

係止片３２ａは、底板３２の一部に、略コ字状のスリットを形成し圧電振動子１３が設けられない側、すなわち、ヘッド１２の下面２２側に立ち上がるように折り曲げられて形成されている。係止片３２ａは、図３（Ｂ）に示すように、立ち上がった片がヘッド１２の切欠部２６を構成する一辺に係止されることにより、ヘッド１２とロッド１４との取付状態を維持し脱落を防止することができる。また、係止片３２ａは、係止片３２ａと切欠部２６との係止を外す、すなわち、立ち上がった片を押圧することにより係止を解除することができ、ヘッド１２とロッド１４とを取り外すことができる。

底板３２の両側に相対して形成されたガイド板３３、３４は、ヘッド１２の挿入端より漸次高くなるように形成され、ヘッドを挿入口２４より容易に挿入できるようにしている。ガイド板３３、３４は、底板３２と同一材料から形成され、底板３２の長辺、すなわち、ロッド１４の挿入方向（図２中矢印Ａ方向）に平行な辺を折れ線として、圧電振動子１３が設けられる側で圧電振動子１３を囲むように、略９０度折り曲げられて形成されている。ガイド板３３、３４は、ロッド１４側の基端部の高さが、ヘッド１２の挿入口２４の高さと略同一に形成されている。

また、ヘッド取付部３１のロッド１４側の基端部には、ヘッド１２をロッド１４に取り付ける際に、ヘッド取付部３１全体の挿入量を規制する挿入規制部３５が設けられている。この挿入規制部３５は、ヘッド１２へ挿入された際に、ヘッド１２の挿入口２４の開口端に突き当たることによって、ヘッド取付部３１全体がヘッド１２内に入り過ぎないようになっている。挿入規制部３５は、主面がヘッド１２の側面２５と略同一形状を有する板状部材であり、例えば、ロッド１４と同一材料から形成される。挿入規制部３５は、主面の略中央に、ロッド１４の中空部１４ｂと連通され、圧電振動子１３からのリード線３７が挿通される貫通孔３５ａが設けられている。挿入規制部３５の貫通孔３５ａには、ロッド１４の中空部１４ｂを介して本体部１５内部へ水分等の浸入を防止するためのゴム等からなるパッキン３８が施されている。

なお、ロッド１４とヘッド取付部３１の挿入規制部３５とは、上述のように、別体から形成されることに限らず、一体に形成するようにしてもよい。

圧電振動子１３は、薄板形状を有し、本体部１５内部に設けられる超音波発振回路４１とリード線３７を介して接続され、所定の信号が供給されることにより、超音波振動を発振する。圧電振動子１３は、ピエゾ効果により超音波発振回路４１から電気信号が入力されると、その体積が膨張及び収縮して、超音波振動を出力する、例えば、図４に示すように、いわゆるユルピッツ共振回路に設けられるセラミック素子などの圧電振動子である。圧電振動子１３は、ヘッド取付部３１の底板３２とヘッド１２の上面２１との間に配設され、ヘッド１２の上面２１と垂直な方向に振動するようにリード線３７が接続されている。また、圧電振動子１３と接続されるリード線３７は、圧電振動子１３の略中央部にあたる節部やその近傍において接続され、振動によってリード線３７が変位しないようになっている。また、圧電振動子１３からのリード線３７は、圧電振動子１３を支持することができる剛性を有するようになっている。このため、圧電振動子１３は、挿入規制部３５からのリード線３７のみにより、２点支持された状態、すなわち、フローティング状態となっており、減衰が少なく口腔内に行き亘る超音波振動を発振することができる。すなわち、小電力で高出力の超音波振動を発振することができる。なお、圧電振動子１３の表面は、高分子材料により薄膜が形成され、絶縁コーティングが施されている。

なお、圧電振動子１３は、上述に限らず、図５に示すように、圧電振動子１３の両面にステンレス等の金属材料からなる保護板１３ａ、１３ｂを接着し、圧電振動子１３を挟持したものであってもよい。このように保護板１３ａ、１３ｂが接着された圧電振動子は、落下、衝突等による圧電振動子の損傷から保護することができる。また、保護板１３ａ、１３ｂは、ステンレスといった金属板で形成することによって、発振される超音波振動が減衰されにくくなるとともに、その厚みを調整することで共振周波数を変えることもできる。

本体部１５は、ユーザによって、超音波歯ブラシ１を把持する部分であり、その形状は、ユーザが把持しやすい略円筒状を有している。また、本体部１５の内部には、基板４６上に設けられ、超音波振動を放射する圧電振動子１３を作動させるための超音波発振回路４１と、少なくともヘッド１２のブラシ１１を振動させるモータ振動発振部４２と、各部に電力を供給する電池４３と、スイッチボタン４４と、基板４６上に設けられ、超音波歯ブラシ１全体を制御する制御部４７とが設けられている。

本体部１５内の超音波発振回路４１は、基板４６に設けられ、圧電振動子１３と電池４３と電線４５を介して接続されており、電池４３からの直流電圧を交流電圧に変換して、圧電振動子１３に供給する変換回路である。超音波発振回路４１は、例えば、圧電振動子１３から周波数１．６［ＭＨｚ］の超音波振動を放射されるように、電力を圧電振動子１３に供給する。

電池４３は、周知の繰り返し充電可能な、例えばニッカド電池やリチウム電池の二次電池である。電池４３は、図示しない電源と所定の方法により接続することにより充電が可能となる。

モータ振動発振部４２は、本体部１５内部に設けられており、回転軸に設けられた偏芯部材４２ｂを回転駆動させるモータ４２ａを有し、このモータ４２ａを駆動することにより、偏芯部材４２ｂが回転し、振動が励起される。なお、モータ振動発振部４２により発振される振動は、ユーザに感じることができる低周波数の振動であり、この振動がヘッド１２に伝播されることにより、ヘッド１２のブラシ１１を振動させ、口腔内をブラッシングすることができる。

スイッチボタン４４は、ユーザにより押圧操作されるボタンが本体部１５の表面に露出されており、このボタンを操作することにより、圧電振動子１３による超音波振動やモータ振動発振部４２による機械的振動を発生させることができる。スイッチボタン４４は、例えば、ユーザからの操作により、モータ振動発振部４２のみを作動させるモード、圧電振動子１３による超音波振動のみを発生させるモード、両方を組み合わせたモードを順次切り替えるようにしてもよい。

制御部４７は、マイコン等を備え、基板４６を介して超音波発振回路４１、モータ振動発振部４２等と電気的に接続され、各部に制御信号を送信することにより、各部を制御する。制御部４７は、ユーザによるスイッチボタン４４の押圧操作により、電源のＯＮ／ＯＦＦとともに、各モードの切り替えが行われ、例えば、超音波振動のみを発生させるモードが選択されると、超音波発振回路４１を制御し、圧電振動子１３から超音波振動が発振されるように制御する。

以上のように構成される超音波歯ブラシ１は、ヘッド１２の中空部１２ａにロッド１４の先端部１４ａが挿入、嵌合された状態で使用される。具体的には、超音波歯ブラシ１は、ロッド１４の先端部１４ａに取り付けられたヘッド取付部３１が、ヘッド１２の中空部１２ａと挿入口２４からの奥行き、幅、高さが略同一であることから、ヘッド取付部３１が中空部１２ａに挿入されることにより、取付状態となる。また、超音波歯ブラシ１は、ヘッド取付部３１の係止片３２ａがヘッド１２の切欠部２６に係止されることにより、取付状態を維持し、脱落するのを防止することができる。

また、超音波歯ブラシ１は、ユーザが本体部１５を把持し、スイッチボタン４４を押圧操作することにより、超音波振動が発振されるモードが選択され、圧電振動子１３から超音波振動が放射される。ユーザは、本体部１５を把持し、ヘッド１２のブラシ１１を用いて歯を磨くことができる。ここで、超音波歯ブラシ１は、圧電振動子１３からの超音波振動が、ヘッド１２の上面２１の放射孔２３及び下面２２の切欠部２６から唾液などの水分を介して口腔内に放射、伝播される。また、超音波歯ブラシ１は、ユーザによりスイッチボタン４４が押圧操作され、モータ振動発振部４２のみを作動させるモードが選択されたときは、制御部４７がモータ振動発振部４２を作動させ、圧電振動子１３は作動させず、モータ振動のみが発生する。さらに、超音波歯ブラシ１は、ユーザによりスイッチボタン４４が押圧操作され、モータ振動発振部４２と圧電振動子１３とを組み合わせたモードが選択されたときは、制御部４７がモータ振動発振部４２及び圧電振動子１３を作動させ、超音波振動とモータ振動を発生する。

そのため、超音波歯ブラシ１は、圧電振動子１３からの超音波振動がヘッド１２を介さずに直接口腔内に放射されることから、ブラシ１１などの余分な媒体を介すことによる減衰をなくすことができる。すなわち、超音波歯ブラシ１では、圧電振動子１３からの超音波振動がヘッド１２を介さずに直接口腔内に放射されることから、減衰を考慮した圧電振動子１３の出力とする必要がなく、小電力で高出力の超音波振動を発生することができ、効率的である。また、超音波歯ブラシ１は、小電力で駆動させることができることから、歯ブラシ本体の小型化を図ることができる。さらに、超音波歯ブラシ１は、ヘッド１２の上面２１及び下面２２に超音波振動の放射手段となっている放射孔２３、切欠部２６が設けられることから、口腔内の広範囲に亘って、超音波振動を伝播させることができる。

続いて、本発明が適用された超音波歯ブラシ１から放射される超音波振動の効果確認のために、次のような音圧実験を行った。

音圧実験の方法としては、図６に示すような実験装置５０を用いて行った。実験装置５０は、容器５１に水５００［ｃｃ］程度入れたものに、本発明に係る超音波歯ブラシ１を超音波振動のみを放射する状態で、ヘッド１２が水中で容器５１の略中央に位置するように配設され完全に浸水させ、音圧計５２による音圧レベルを測定した。実験装置５０の超音波歯ブラシ１における計測位置は、図６に示すように、ヘッド１２のブラシ１１と対向する位置（図６中（１））、ヘッド１２の切欠部２６と対向する位置（図６中（２））、ロッド１４の先端部１４ａの延長端近傍位置（図６中（３））を計測した。

また、比較対象として、超音波歯ブラシ１に替えて、従来から用いられているロッドの先端部の圧電振動子がヘッドに覆われ、ブラシやヘッドを介して超音波振動が放射されるタイプの超音波歯ブラシを用いて同様の実験を行った。

なお、容器５１は、いわゆる円筒状のビーカであり、その容積は、口腔内の容積以上水を溜めることができるものであればよい。また、音圧計５２は、プローブが直径１５［ｍｍ］、厚さ０．５［ｍｍ］の薄型円板状の圧電セラミック単板からなり、出力インピーダンス＝１［ｋΩ］、等価圧電定数＝３１０×１０^−１２［ｍＶ］、電圧出力係数＝２３．４×１０^−３［Ｖ・ｍ／Ｎ］として、測定を行った。また、超音波歯ブラシ１及び従来の超音波歯ブラシは、比較できるように、同一の圧電振動子１３を用い、その出力を略１．６［ＭＨｚ］として計測を行った。

それぞれの超音波歯ブラシの測定結果は、以下の表１に示す。

表１に示す測定結果から、本発明に係る超音波歯ブラシ１は、どの測定位置においても均一に超音波振動が計測されていることが分かる。また、従来の超音波歯ブラシは、ブラシを外した状態でヘッドのブラシと対向する位置近傍のみで超音波振動を計測することができたが、その他の測定位置及びブラシ装着状態では、表１の測定結果のように、超音波振動を検知することができなかった。このことから、本発明に係る超音波歯ブラシ１は、従来の超音波歯ブラシと比較して少なくとも２０倍の強さの超音波振動を計測することができると考えられる。

このことから、本発明に係る超音波歯ブラシ１は、口腔内の広範囲に亘って、減衰が少なく超音波振動を放射、伝播することでき、小電力で高出力の超音波振動を発生することができ、高効率である。また、超音波歯ブラシ１は、小電力で駆動させることができることから、歯ブラシ本体の小型化を図ることができる。

なお、超音波歯ブラシ１では、圧電振動子１３が樹脂で硬化されたリード線３７によりフローティング状態となるように支持されていることについて述べたが、これに限らず、例えば、ハーネス部材を設け、圧電振動子１３をフローティング状態となるように支持するようにしてもよい。

本発明が適用された超音波歯ブラシの断面図である。本発明が適用された超音波歯ブラシのヘッド及びロッドの分解斜視図であり、（Ａ）は、ブラシ植設面の裏面側からの分解斜視図であり、（Ｂ）は、ブラシ植設面側からの分解斜視図である。図２（Ｂ）のｘ−ｘ´線における断面図であり、（Ａ）は、ヘッド１２の装着前の断面図であり、（Ｂ）は、ヘッド１２の装着後の断面図である。圧電振動子により超音波振動を発生する共振回路を示した図である。圧電振動子の他の実施の形態を示す断面図である。超音波振動を計測する実験装置を示す概略模式図である。

符号の説明

１超音波歯ブラシ、１１ブラシ、１２ヘッド、１２ａ中空部、１３圧電振動子、１４ロッド、１４ａ先端部、１４ｂ中空部、１５本体部、２３放射孔、２４開口部、２５側面、２６切欠部、３１ヘッド取付部、３２底板、３２ａ突出片、３３、３４ガイド板、３５挿入規制部、３６貫通孔、３７リード線、４１超音波発振回路、４２モータ振動発振部、４２ａモータ、４２ｂ偏芯部材、４３電池、４４スイッチボタン、４６基板、４７制御部、５０実験装置、５１容器、５２音圧計

Claims

中空部を有し、ブラシが設けられたヘッドと、
先端部に超音波振動を発振する超音波発振手段が設けられ、該先端部が上記ヘッドの中空部に取り付けられるロッドとを備え、
上記ヘッドは、上記超音波発振手段からの超音波振動を放射するため、上記ブラシが設けられた面に、第１の放射手段が設けられるとともに、該ブラシが設けられた面と対向する面に、第２の放射手段が設けられていることを特徴とする超音波歯ブラシ。
上記ロッドは、先端部に上記ヘッドが取り付けられるヘッド取付部が設けられており、
上記超音波発振手段は、上記ヘッド取付部上に配設され、
上記ヘッド取付部には、上記ヘッドが取り付けられた上記第２の放射手段から超音波振動を放射するようにする貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波歯ブラシ。
上記超音波発振手段は、少なくとも上記ヘッドの中空部を形成する内壁面と非接触となるように上記ロッドに設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の超音波歯ブラシ。
上記超音波発振手段は、圧電振動子と、該圧電振動子を挟持する金属材料からなる保護板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の超音波歯ブラシ。
上記ヘッドは、上記ロッドに対して、着脱可能であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の超音波歯ブラシ。