JP2009240760A - 電動歯ブラシ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電動歯ブラシの本体1に3軸の加速度センサ15を設置する。CPU120は、加速度センサ15の出力から歯ブラシ本体1の三次元姿勢を検出し、ブラシの姿勢に基づいてブラッシング部位を推定する。そして、CPU120は、タイマにより、当該ブラッシング部位のブラッシング時間を計測する。計測されたブラッシング時間に基づいて、部位ごとのブラッシング結果が評価し出力される。
【選択図】図1
Description
た姿勢に基づいて、歯列表面を区分することで定義される複数の部位の中からブラッシングされているブラッシング部位を推定する部位推定手段と、部位ごとにブラッシング時間を計測する時間計測手段と、計測されたブラッシング時間に基づいて、部位ごとのブラッシング結果を評価し出力する評価出力手段と、を備える。
<電動歯ブラシの構成>
図1、図2、図3を参照して、電動歯ブラシの構成を説明する。図1は第1実施形態の
電動歯ブラシのブロック図であり、図2は第1実施形態の電動歯ブラシの内部構成を示す断面図であり、図3は電動歯ブラシの外観を示す斜視図である。
じた筒状の部材であり、筒の内部の先端に軸受203を有している。モータ10の回転軸11に連結された偏心軸30の先端が、ステム部20の軸受203に挿入される。この偏心軸30は、軸受203の近傍に重り300を有しており、偏心軸30の重心はその回転中心からずれている。なお、偏心軸30の先端と軸受203の間には微小なクリアランスが設けられている。
CPU120が動作モードに応じた駆動信号(たとえばパルス幅変調信号)をモータ10に供給し、モータ10の回転軸11を回転させる。回転軸11の回転に伴って偏心軸30も回転するが、偏心軸30は重心がずれているために回転中心の回りに旋回するような運動を行う。よって、偏心軸30の先端が軸受203の内壁に対して衝突を繰り返し、ステム部20とそれに装着されたブラシ部品21とを高速に振動(運動)させることとなる。つまり、モータ10が、ブラシを振動(運動)させる駆動手段の役割を担い、偏心軸30が、モータ10の出力(回転)を振動部材2の振動に変換する運動伝達機構(運動変換機構)の役割を担っている。
歯の種類(上顎/下顎、臼歯/切歯など)や部分(舌側/頬側、歯面/噛み合わせ面など)によって、食物残渣や歯垢の付き方が異なる。よって、たとえばブラシの当て方(ブラシ角やブラシ圧)、動かし方、スピード、ブラッシング時間など、歯列の部位ごとに効果的なブラッシング動作に違いがある。それゆえ、適切なブラッシングが行われているかどうかの評価は、部位ごとに行うことが望ましい。
い限り、CPU120がプログラムに従って実行する処理である。
図6は姿勢検出処理(S10)のフローチャートである。
図7、図8はブラッシング部位推定処理(S20)のフローチャートである。また図9、図10は、ブラッシング部位ごとの加速度センサ出力Ax、Ay、Azの一例を示す図である。
CPU120は、y方向の加速度センサの出力Ayに基づいて前歯か否かを判定する(S702)。前歯をブラッシングするときは歯ブラシ本体1が比較的水平になるが、臼歯をブラッシングするときは唇との干渉があるため歯ブラシ本体1が斜めにならざるをえないことに着目した判定である。Ay≦閾値aの場合は上顎前歯と判定される(S703)。
CPU120は、y方向の加速度センサの出力Ayに基づいて前歯か否かを判定する(S802)。前歯をブラッシングするときは歯ブラシ本体1が比較的水平になるが、臼歯をブラッシングするときは唇との干渉があるため歯ブラシ本体1が斜めにならざるをえないことに着目した判定である。Ay≦閾値bの場合は下顎前歯と判定される(S803)。
頬側」であると推定し(S814)、前回のブラッシング部位が「下顎前舌側、下顎右頬側、下顎右舌側、上顎前舌側、上顎右頬側、上顎右舌側」のいずれかであれば、現在のブラッシング部位は「下顎右舌側」であると推定する(S815)。
図11は、メモリに記録されているブラッシング情報の一例を示している。図11は、下顎左頬側をブラッシングしている状態の例である。下顎左頬側よりも前に、上顎前頬側が7.5秒間ブラッシングされ、上顎左頬側が12.2秒間ブラッシングされている。なお「−」はデータが記録されていないこと、つまりその部位がまだブラッシングされていないことを表している。
S40において、CPU120は、S10で検出された姿勢(加速度センサの出力)に基づいてブラシ角を推定し、現在のブラッシング部位(図11の例では下顎左頬側)のブラシ角の値を更新する。このとき、CPU120はメモリされているブラシ角の値と今回の推定値とから、ブラシ角の平均値を算出して記録することが好ましい。
S50において、CPU120は、荷重センサ17の出力に基づいてブラシ圧を算出し、現在のブラッシング部位(図11の例では下顎左頬側)のブラシ圧の値を更新する。このとき、CPU120はメモリされているブラシ圧の値と今回の検出値とから、ブラシ圧の平均値を算出して記録することが好ましい。
CPU120は、メモリ121に記録されたブラッシング情報に基づいて、部位ごとのブラッシング結果を評価し、その評価結果を表示部110(ディスプレイ111)に出力する。
の評価項目(ブラッシング時間、ブラシ角、ブラシ圧)を総合的に評価するための指標であり、ブラッシングの達成度を表すものである。ブラッシング指標の算出式はどのように定義してもよい。本実施形態では、ブラッシング時間とブラシ圧をそれぞれ35点満点で評価し、ブラシ角を30点満点で評価して、それらの評価値の合計(100点満点)をブラッシング指標として用いる。図17の例では、80点以上を「優」、60点〜80点を「良」、60点未満を「不可」としている。このような総合評価を出力することで、使用者に対してより有益な指針を与えることができる。
図18は第2実施形態のブラッシング評価処理のフローチャートである。第1実施形態では、ブラッシング終了後にブラッシング結果を出力したのに対し、第2実施形態では、ブラッシング中にも途中結果を出力する(S55)。その他の構成については第1実施形態のものと同様である。
る。また、ブラシ角やブラシ圧の評価結果を確認することで、利用者はブラシ角やブラシ圧が適切か否かを判断できる。なお、第2実施形態では、ブラシ角の途中結果を出力する機能が、本発明のブラシ角ガイド手段に対応する。
図19は第3実施形態のブラシ角推定処理(図5のS40)のフローチャートである。本実施形態では、CPU120が、ブラシ角を推定した後、必要に応じてブラシ角が適切か否かを使用者に知らせるためのガイドを出力する。
図21は第4実施形態のブラッシング評価処理のフローチャートである。第2実施形態と異なる点は、部位ごとのブラッシング結果に基づいて次にブラッシングすべき部位を決定しガイドする処理(S56、S57)が追加されている点である。その他の構成については第2実施形態のものと同様である。
図23は第5実施形態の電動歯ブラシのブロック図である。本実施形態の電動歯ブラシは、本体1の内部に多軸(ここでは3軸)のジャイロスコープ16を備えている。また、ディスプレイ111とデータ受信部112が充電器100に設けられている。図24は第5実施形態の充電器100の外観を示す斜視図である。なおディスプレイ111は液晶パネルで構成してもよいし、LEDなどの発光素子で構成してもよい。
バンドパスフィルタをかけてもよい。
図25は第6実施形態のフローチャートである。本実施形態では、CPU120が、まず荷重センサ17の出力に基づいて、ブラシに対して荷重が作用しているか否かを判定す
る(S5)。たとえば荷重センサ17の出力値が所定の閾値を超えたときに「ブラシに荷重が作用した」とみなせばよい。ブラシに荷重が作用するまで、次ステップ以降の処理は待ち状態となる(S5;NO)。
図26は第7実施形態の電動歯ブラシのブラシ部分を示している。本実施形態の電動歯ブラシは、ブラシ部分の温度を検出する温度センサ18を備えている。温度センサ18はブラシの背面に設置されている。温度センサ18としては、赤外線センサ、サーミスタなどどのようなタイプのものも利用可能である。
図31は第8実施形態の電動歯ブラシのブラシ部分を示している。第7実施形態では、ブラッシング部位の同定(頬側と舌側の判別)のために温度センサ18による温度情報を利用したが、この第7実施形態では、画像情報を利用する。
像解析技術を利用可能である。たとえば、エッジ抽出やハフ変換による口蓋垂の輪郭検出とか、パターンマッチングによる口蓋垂の検出などが考えられる。ブラシが舌側にあるときは、ブラシヘッドの先端が喉のほうに向くため、画像中に口蓋垂が写る蓋然性が高い。一方、ブラシが頬側にあるときは、画像には口蓋垂は写らない。したがって、CPU120は、口蓋垂が検出できた場合は「上顎右舌側」と判定し、口蓋垂が検出できなかった場合は「上顎左頬側」と判定する。同じようにして、「上顎左頬側」と「上顎右舌側」、「下顎左舌側」と「下顎右頬側」、「下顎右舌側」と「下顎左頬側」の判別も可能である。
第9実施形態は、1軸の加速度センサにより姿勢検出とブラッシング部位同定を行う構成を採用する。
前述のように加速度センサの出力信号のみでは、上顎右頬側と上顎左舌側を区別することは難しい。上顎右頬側と上顎左舌側との間で、加速度センサの出力信号に有意な差が生
じないからである。同様に、上顎左頬側と上顎右舌側の区別、下顎右頬側と下顎左舌側の区別、下顎左頬側と下顎右舌側の区別も困難である。
上述した実施形態の構成は本発明の一具体例を例示したものにすぎない。本発明の範囲は上記実施形態に限られるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。たとえば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせることも好ましい。また、上記実施形態では、偏心分銅による振動方式の電動歯ブラシを例示したが、本発明は他の運動方式の電動歯ブラシにも適用可能である。例えば、回転往復運動や直線往復運動やブラシ毛回転運動やそれらを切り替えて組み合わせた電動歯ブラシにおいても適用可能である。その場合、ブラッシング部位に応じて運動周波数を切り替えたり、回転往復運動と直線往復運動とを切り替えることで、動作モードを切り替えることができる。また、ブラシ部に超音波振動素子を有し、ブラシの振動と超音波の両方でブラッシングを行うタイプの電動歯ブラシにも本発明を好ましく適用できる。
量や相対姿勢を算出することも好ましい。基準位置については、電源ONの時点の姿勢を基準位置に設定してもよいし、あるいは、使用者に基準位置(磨き始めの位置)を入力させるような仕組み(たとえば、歯ブラシ本体を水平に構えブラシを上顎前頬側に当てた状態でスイッチを押させる)を設けてもよい。移動量(移動距離)は、加速度センサ出力から得られるx軸方向、y軸方向、z軸方向それぞれの動加速度成分を二階積分することにより算出することができる。ただし、移動量を算出する際は、歯ブラシの座標系xyzを、重力加速度方向をZ軸とする座標系XYZ(上記基準位置が原点であるとよい)に変換する。たとえば、1クロックごとにX、Y、Zそれぞれの移動距離を算出し累積していくことにより、基準位置(初期位置)に対する相対位置を割り出すことができる。そして、基準位置に対する相対位置がわかれば、上述した実施形態よりもさらに正確かつ詳細にブラッシング部位を同定することが可能である。さらに、磁気センサなどから得られる方位情報を利用してブラシの位置を算出することも好ましい。なお、加速度センサ出力から動加速度成分を抽出するには、ハイパスフィルタなどのバンドパスフィルタを用いることができる。このとき、ブラシの振動によるノイズを除去するために、ブラシの駆動周波数に相当する100Hz〜300Hz程度の周波数成分をカットすることも好ましい。またジャイロスコープと組み合わせてより正確な移動量や移動方向を算出することも好ましい。さらに、前歯に関しては、左右どちらの手で歯ブラシ本体を持つかによってブラシの姿勢が180度変わるため、使用者に利き手(歯ブラシを持つほうの手)を登録させ、登録された利き手に応じてブラッシング部位の判定アルゴリズムを変更したり、動作モード(モータ回転方向、ブラシの動き)を変更したりしてもよい。
距離センサを設置する。頬側をブラッシングしている場合は、距離センサが頬に近接または接触するため、距離センサの測定値は非常に小さい値となる。一方、舌側をブラッシングしている場合は、距離センサが口腔内を向くため、距離センサの測定値が相対的に大きくなる。したがって、距離センサの測定値を閾値(たとえば5mm)と比較することにより、頬側か舌側かの判別が可能となる。
2 振動部材
10 モータ
11 回転軸
12 駆動回路
13 充電池
14 コイル
15 加速度センサ
16 ジャイロスコープ
17 荷重センサ
18 温度センサ
19 カメラ
20 ステム部
21 ブラシ部品
30 偏心軸
40 配線
41、42、43、44 光センサ
100 充電器
110 表示器
111 ディスプレイ
112 データ受信部
120 CPU
121 メモリ
122 タイマ
123 データ送信部
202 弾性部材
203 軸受
210 ブラシ
300 重り
S スイッチ
Claims (11)
- ブラシと、
前記ブラシを運動させる駆動手段と、
加速度センサの出力に基づき前記ブラシの姿勢を検出する姿勢検出手段と、
検出された姿勢に基づいて、歯列表面を区分することで定義される複数の部位の中からブラッシングされているブラッシング部位を推定する部位推定手段と、
部位ごとにブラッシング時間を計測する時間計測手段と、
計測されたブラッシング時間に基づいて、部位ごとのブラッシング結果を評価し出力する評価出力手段と、を備えることを特徴とする電動歯ブラシ。 - 検出された姿勢に基づいて、歯軸に対する前記ブラシの角度であるブラシ角を推定するブラシ角推定手段をさらに備え、
前記評価出力手段は、さらに、推定されたブラシ角に基づいて、部位ごとのブラッシング結果を評価し出力することを特徴とする請求項1に記載の電動歯ブラシ。 - ブラシ圧を検知するブラシ圧検知手段をさらに備え、
前記評価出力手段は、さらに、検知されたブラシ圧に基づいて、部位ごとのブラッシング結果を評価し出力することを特徴とする請求項1または2に記載の電動歯ブラシ。 - 推定されたブラシ角と予め決められたブラシ角の最適値とを比較して、ブラシ角が適切か否かを使用者に知らせるためのガイドを出力するブラシ角ガイド手段、をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の電動歯ブラシ。
- 前記ブラシ角ガイド手段は、ブラシ角が前記最適値であること、または、ブラシ角が前記最適値でないこと、を報知することを特徴とする請求項4に記載の電動歯ブラシ。
- 前記ブラシ角ガイド手段は、ブラシ角と前記最適値との差の大きさに応じて、報知のレベルを段階的に変化させることを特徴とする請求項5に記載の電動歯ブラシ。
- 部位ごとのブラッシング結果に基づいて、ブラッシングが十分でない部位の中から次にブラッシングすべき部位を決定しガイドするブラッシング部位ガイド手段、をさらに備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の電動歯ブラシ。
- 前記ブラッシング部位ガイド手段は、現在のブラッシング部位がブラッシングすべき部位と異なる場合に、ブラッシング部位の変更をガイドすることを特徴とする請求項7に記載の電動歯ブラシ。
- ブラシと、
前記ブラシを運動させる駆動手段と、
前記ブラシの姿勢を検出する姿勢検出手段と、
検出された姿勢に基づいて、歯列表面を区分することで定義される複数の部位の中からブラッシングされているブラッシング部位を推定する部位推定手段と、
検出された姿勢に基づいて、歯軸に対する前記ブラシの角度であるブラシ角を推定するブラシ角推定手段と、
推定されたブラシ角と前記ブラッシング部位におけるブラシ角の最適値とを比較して、ブラシ角が適切か否かを使用者に知らせるためのガイドを出力するブラシ角ガイド手段と、を備えることを特徴とする電動歯ブラシ。 - 前記ブラシ角ガイド手段は、ブラシ角が前記最適値であること、または、ブラシ角が前
記最適値でないこと、を報知することを特徴とする請求項9に記載の電動歯ブラシ。 - 前記ブラシ角ガイド手段は、ブラシ角と前記最適値との差の大きさに応じて、報知のレベルを段階的に変化させることを特徴とする請求項10に記載の電動歯ブラシ。
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