JP2015530145A - ホールセンサを用いた共振駆動歯ブラシのための連続的なフィードバックを提供する力センサ。 - Google Patents

Abstract

該電動歯ブラシは、電動駆動アセンブリを含む柄部と、ブラシヘッドアーム３６、及び遠位端におけるブラシ要素３８を含む、ブラシヘッドアセンブリ３２と、を含む。Ｖ字ばねアセンブリ１４が、該電動駆動アセンブリの動作を変換して、該ブラシヘッドアセンブリを前後動作へと駆動させる。該Ｖ字ばねアセンブリの後端における装着部材５５が、磁石５６のための基部を提供する。該Ｖ字ばねアセンブリ及び該ブラシヘッドアセンブリは、該Ｖ字ばねアセンブリの前端において枢動軸のまわりに動くユニットを有し、ブラシ部材にかけられる圧力に従って該Ｖ字ばねアセンブリの後端が変位させられる。ブラシヘッドに対する圧力により該Ｖ字ばねアセンブリの後端が変位させられるときに該磁石により生成される変化する磁場のなかに、ホール効果センサ５８が装着される。プロセッサ６５は、該ホールセンサからの出力及び保存された情報に応じて、ブラシヘッドに対する圧力を示す信号を生成し、該圧力が閾値を超えた場合にその示唆を提供する。

Description

本発明は、共振駆動磁気作動型電動歯ブラシに関し、より詳細には、圧力感知システムを持つ斯かる歯ブラシに関する。

電動歯ブラシ及び手動歯ブラシの両方において、歯ブラシの毛領域部分にかけられる圧力を決定するための感知機構は、多くの異なる実装においてよく知られている。一般に、或る種のセンサは毛にかけられた力を測定する。多くの場合においてセンサは、ばね、モーメントアーム及びスイッチを含み、毛領域にかけられた力がばねに対する作用をもたらし、次いでモーメントアームを駆動する。該力が閾値又は作動値に達するとスイッチが動作させられ、該スイッチが、かけられた力が閾値レベルを超えたこと示す信号をユーザに送信する。ユーザはこのとき、圧力を許容可能なレベルにまで低減させる機会を得る。

斯かるシステムは、少なくとも最小限の量の圧力がユーザによって毛領域にかけられることを確実にするためにも用いられることができる。しかしながら、圧力感知システムは、一般的な電動歯ブラシ又は手動歯ブラシに実装することが困難であることが多い。斯かるシステムは、歯ブラシに全体的なコストを著しく増大させ、不正確さという欠点を持つ場合が多い。

一般に、斯かる圧力感知システムにおいては、圧力情報の連続的なフィードバックがなく、過度の圧力を示す閾値に、かけられた圧力がいつ到達したかの示唆のみしかない。

それ故、特に圧力の連続的なフィードバックを提供する、歯ブラシ用の共振駆動システムのための、小型で単純且つ安価なセンサシステムが望ましい。

従って、電動駆動アセンブリを含む柄部と、ブラシヘッドアーム、及び遠位端におけるブラシ要素を含む、ブラシヘッドアセンブリと、前記電動駆動アセンブリの動作を前記ブラシヘッドアセンブリの前後動作に変換するための電動駆動アセンブリに応答するＶ字ばねアセンブリであって、前記Ｖ字ばねアセンブリと前記ブラシヘッドアセンブリとが共に枢動軸のまわりに動く、Ｖ字ばねアセンブリと、前記Ｖ字ばねアセンブリの後端に配置された装着部材と、前記装着部材に装着された磁石と、前記Ｖ字ばねの後端が動くと前記磁石による生成される変化する磁場内に装着されたホール効果センサであって、ブラシ要素に対する圧力によって、前記Ｖ字ばねの後端の変位に対応する前記ホール効果センサの出力が、無負荷状態から変化する、ホール効果センサと、前記ホールセンサの出力及び保存された情報に応じて、ブラシング動作の間にブラシ部材にかけられる圧力を示す信号を生成するプロセッサと、を有する、電動歯ブラシが提供される。

ここで説明される圧力感知システムを含む、電動歯ブラシの主な構成要素を示す断面図である。 図１のシステムの一部の、より詳細な断面図である。 本システムのホール効果センサ部分の出力の図である。 遮蔽部を備えた図２の圧力感知システムの構造を示す、簡略化された磁場図である。 図１、２及び４に示されたホール効果センサからの出力信号の処理の図である。

図１は、本発明の圧力感知システムを含む、電動歯ブラシの主な部分を示す。図２は、図１のシステムの一部の、より詳細な図である。全体が１０として示された電動歯ブラシは、Ｖ字ばね駆動アセンブリ１４を駆動する、固定子１２を持つモータ１１を含む。図２に示されたＶ字ばねは、中央ノード１６を持ち、モータの動作により該Ｖ字ばねアセンブリの後部１７が一方の方向に捻じれる又は回転すると、該Ｖ字ばねアセンブリの前部１９が反対の方向に捻じれる又は回転するようにされる。Ｖ字ばねアセンブリ１４は、全体が２０として示された歯車ブロックにより支持され、該ブロックは、図示されていない該機器の筐体又は内側担持部に装着されている。歯車ブロック２０とＶ字ばねアセンブリの下端との間には、２つの支持歯車２２及び２４が延在する。Ｖ字ばねアセンブリ１４は、種々の異なる実施例を包含し得る。該Ｖ字ばねアセンブリの前端２６は支持部材２８と嵌合し、該支持部材２８から装着ブレード３０が延在する。装着ブレード３０にはブラシヘッドアセンブリ３２が着脱可能に配置され、該ブラシヘッドアセンブリ３２は、歯ブラシの柄と嵌合する近位部３４を含む。該ブラシヘッドアセンブリは、遠位端において細長いアーム３６を含み、該アームに毛領域を含むブラシ部材３８がある。典型的な動作において、該ブラシ部材は、歯の洗浄を実現するため、例えば９乃至１１°といった特定の角度だけ前後に動く。

更に図１及び２を参照すると、Ｖ字ばねアセンブリ１４の上側面に隣接して、Ｖ字ばねアセンブリ１４の略全長に亘って延在するノード部材２３がある。ノード部材の上側面に隣接して板ばね４０が配置され、該板ばねもまた、該Ｖ字ばねアセンブリの略全長に亘り、該Ｖ字ばねアセンブリの上部に重なるように延在する。該ノード部材及び該板ばねは、歯車要素４２によって、該Ｖ字ばねアセンブリの反対側の端部に接続される。歯車４２及び４４並びにノード点１６には、ばね部材４６、４８及び５０が接続される。ばね４６及び５０は、板ばね４０に対する前負荷を提供する。

該ブラシヘッドアセンブリ及び該Ｖ字ばねアセンブリは共に、略歯車２２において該Ｖ字ばねアセンブリの前端の近くにおける点５２のまわりに枢動し、ノード１６におけるばね４８及び５０並びに後部歯車４４は変位に抗する傾向がある。

ブラシング動作の間に毛領域に対して力がかけられると（矢印５４）、該ブラシヘッドアセンブリは、動いて枢軸点５２のまわりに回転しようとすることになる。該Ｖ字ばねアセンブリは、反対の方向に動くこととなる。毛領域にかけられる力は、しばしば圧力とも呼ばれる。毛領域にかかる当該力、即ち負荷は、主にユーザ動作によりもたらされるが、通常のブラシングの間にユーザの頬及び唇によって更なる負荷ももたらされる。以下に記載される感知システムが決定するのは、この合計の負荷、即ち力である。

更に図１及び２を参照すると、Ｖ字ばねアセンブリの後端２５に鉄系の装着要素５５が固定されている。該装着要素の後面５６には、磁石５６が配置されている。図示された実施例における磁石は、１３．４×９．０×４．０（ｍｍ）の寸法を持つ。適切な磁石の一例は、ネオジムである。磁石５６からは離れているが、該磁石によって生成される磁場のなかに、ホール効果センサ５８が配置される。図示される実施例においては、該ホール効果センサは従来のものであり、市販されているものである。適切なホール効果センサの一例は、Austria Microsystems社のＡＳ５５１０である。図示される実施例においては、該ホール効果センサは、該歯ブラシにおける駆動トラムフレームに装着され、該磁石からは約２．３ｍｍの距離に置かれ、略該磁石と同じ面内に配置される。毛領域にかかる力によって横方向に変位する磁石が前後に動くときに変化する磁場に対して十分な感度を持つ限り、他のホール効果センサが用いられても良い。

動作時には、毛領域に力がかけられていない場合、Ｖ字ばねの後端及び磁石が、横方向の変位を伴わずに、選択された角度だけ前後に揺れると、ホール効果センサの電圧出力は、図３に示されるように正弦波的に変動する。基本的に、該ホール効果センサの電圧出力は、変化する磁場に応答して変動する。変化する磁場は、毛領域にかけられている力の量を決定するための基準である。力が毛領域にかけられると、Ｖ字ばねが枢動し、ばね５０の作用に抗してＶ字ばねの後端及び磁石を動かし、ホール効果センサの方向における磁石の横方向の変位をもたらす。該ホール効果センサは、磁石が該センサに近づくときの磁場の変化を検出するのに十分な感度を持つ。該歯ブラシは、該ホール効果センサの電圧出力を、磁石の変位に関係付け、それ故ブラシ要素に掛けられる力に関係付ける、応答曲線の形をとる情報のテーブルを、マイクロプロセッサ内に含む。該磁石の変位は、負荷のない状態での電圧出力に対する、該ホール効果センサの電圧出力の変化に帰着する。従って、センサ出力の変化は、毛領域にかけられている力の信頼性高い示唆となる。

該ホール効果センサの感度は、幾つかの場合において、磁場に対して過度に高くなり得る。斯かる問題は、磁石５６とホール効果センサ６６との間において駆動筐体６２に装着された、図４に示されるような磁場遮断部材６０の使用により解決される。種々の遮断構成が用いられ得るが、一例はミューメタル（mu metal）箔である。軟鋼が用いられても良い。図示される実施例においては、ミューメタルの厚さは約０．３ｍｍである。斯かる構成はセンサの感度を減少させ、それにより、毛領域における力によって磁石が変位させられるときの磁場の変化に対する正確な応答をもたらす。

図５は、プロセッサ６５による、力決定を実現するための全体の工程及び構造要素を示す。ユーザ動作はブロック６６に示され、毛領域に対して掛けられる力を示す。全体のユーザ負荷は６７に示される。ユーザ負荷は、ユーザ６７Ａにより実際にかけられる力と、ブラシングの間のユーザの唇（６７Ｂ）及びユーザの頬（６７Ｃ）による負荷と、を含む。このことは、毛領域に対する全体の負荷又は力に帰着し、ブロック６８により示される、Ｖ字ばねの後端及び磁石の枢軸のまわりの変位をもたらす。該変位は、ブロック７０により示されるように、ホールセンサからの信号を生成する。

ホール出力信号は次いでブロック７４において処理され、全体の負荷による電圧及び出力の変化を決定する。該処理は、幾つかのサイクルに亘って出力を平均化すること（７６により示される）、及び電子的なノイズ及びモータからの力学的なノイズを含むノイズを該信号からフィルタリングすること（７８により示される）を含む。この結果は、処理回路の残りの部分に対する入力信号となる、出力信号８０である。以上に示したように、マイクロプロセッサは、ホールセンサ出力を力値に関係付ける応答曲線又は情報のテーブル８１を含む。応答曲線は典型的には、０乃至３００グラムの力の範囲については直線である。この算出は、該力の範囲に亘って力とホールセンサ値とを相関付けることを含む相関付けステップ（８４により示される）も含む。算出８２の出力は、（１）最小圧力が到達されたか否か、（２）圧力が予め選択された範囲内であるか否か、及び（３）最大圧力が到達されたか否か、の示唆となる。該情報は、連続的に提供される。一例として、最小圧力は３０グラムであっても良く、最大圧力は３００グラムであっても良い。

当該情報は、例えば聴覚的、視覚的又は知覚的な形態のような何らかの形態で、フィードバックとして供給される（ブロック８６）。当該フィードバックはユーザにより知覚可能であり（８８において示される）、特に圧力を増大又は減少させたり、圧力が所望の範囲内である場合には現在圧力を維持したり、といった適切な動作（一般的にブロック９０により示される）を、ユーザがとることを可能とする。該知覚可能なフィードバック及びブラシング習慣において変化を為すための該フィードバックに対するユーザの信頼は、長期に亘る好適な歯のケアをもたらすのに望ましいものである。

ブラシヘッドにおける圧力情報を提供するための簡便で信頼性高いシステムがここで開示され、該システムはブラシ領域に対する圧力についての連続的な情報を提供することは理解されるべきである。

本発明の好適な実施例が説明の目的のため開示されたが、請求項により定義された本発明の精神から逸脱することなく、種々の変更、修正及び代替が実施例に組み込まれ得ることは、理解されるべきである。

Claims (13)

1. 電動駆動アセンブリを含む柄部と、
   ブラシヘッドアーム、及び遠位端におけるブラシ要素を含む、ブラシヘッドアセンブリと、
   前記電動駆動アセンブリの動作を前記ブラシヘッドアセンブリの前後動作に変換するための電動駆動アセンブリに応答するＶ字ばねアセンブリであって、前記Ｖ字ばねアセンブリと前記ブラシヘッドアセンブリとが共に枢動軸のまわりに動く、Ｖ字ばねアセンブリと、
   前記Ｖ字ばねアセンブリの後端に配置された装着部材と、
   前記装着部材に装着された磁石と、
   前記Ｖ字ばねの後端が動くと前記磁石による生成される変化する磁場内に装着されたホール効果センサであって、ブラシ要素に対する圧力によって、前記Ｖ字ばねの後端の変位に対応する前記ホール効果センサの出力が、無負荷状態から変化する、ホール効果センサと、
   前記ホールセンサの出力及び保存された情報に応じて、ブラシング動作の間にブラシ部材にかけられる圧力を示す信号を生成するプロセッサと、
   を有する、電動歯ブラシ。
2. 前記電動駆動アセンブリは、前記Ｖ字ばねアセンブリを駆動する固定子部分を持つモータを含む、請求項１に記載の電動歯ブラシ。
3. 前記装着部材は鉄系金属を有する、請求項１に記載の電動歯ブラシ。
4. 前記Ｖ字ばねアセンブリは、該Ｖ字ばねアセンブリの長さの略中間にノード点を持ち、前記電動駆動アセンブリの動作によって前記Ｖ字ばねの後部が一方の方向に捻じれると、前記Ｖ字ばねの前部が反対の方向に捻じれ、前記ブラシングアセンブリ及び前記ブラシ部材の前後のスイープ動作をもたらす、請求項１に記載の電動歯ブラシ。
5. 前記Ｖ字ばねアセンブリの対向する両端において前負荷を供給するばねアセンブリを含む、請求項１に記載の電動歯ブラシ。
6. 前記ブラシ部材に対する圧力により前記磁石が変位させられたときに前記磁石により生成される変化する磁場に対するホール効果センサの感度を低減させるための、前記磁石と前記ホール効果センサとの間に配置された金属遮蔽部を含む、請求項１に記載の電動歯ブラシ。
7. 前記金属遮蔽部は、約０．３ｍｍの厚さを持つミューメタルである、請求項１に記載の電動歯ブラシ。
8. 前記ブラシ部材に対する圧力は、歯に対してユーザが前記ブラシ部材を押し付けることによりもたらされる負荷と、ブラシング動作の間にユーザの唇及び頬によりもたらされる負荷と、を有する、請求項１に記載の電動歯ブラシ。
9. 前記プロセッサは、幾つかのサイクルに亘って前記ホールセンサの信号出力を平均化する能力と、ホール信号出力からノイズをフィルタリングして除去するための能力と、を含む、請求項１に記載の電動歯ブラシ。
10. 前記プロセッサは、保存された情報を用いて、前記ホールセンサの出力を、少なくとも１つの予め確立された閾値と相関付け、第１の閾値を超える前記ブラシ部材に対する圧力に関するフィードバック情報をユーザに提供する、請求項１に記載の電動歯ブラシ。
11. 前記プロセッサにより生成される信号は連続的であり、前記ブラシ部材に対する圧力の連続的な示唆を提供する、請求項１に記載の電動歯ブラシ。
12. 前記プロセッサは、最小閾値を超える前記ブラシ部材に対する圧力に関する示唆をユーザに提供する、請求項１０に記載の電動歯ブラシ。
13. 前記フィードバックの示唆はユーザにより認識可能な形態をとる、請求項１に記載の電動歯ブラシ。

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