JP2020099574A - ブラシ及びヘッド部 - Google Patents

Abstract

【課題】手動を電動にしただけの歯ブラシしかない。【解決手段】本発明のブラシは、毛部を備えたヘッド部と、電気信号に応じて伸縮するアクチュエータと、当該アクチュエータの振動を前記ヘッド部に伝達する接続部材と、アクチュエータを内蔵する筐体とをふくむボディ部と、含み、ヘッド部の往復振動の方向は、筐体の延在する方向に対して所定の角度をなしている。【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシ及びヘッド部に関するものである。

例えば、歯ブラシは、電動のものが販売されている。

特開２００３−６１９８６

しかし、単に手動を電動にした歯ブラシである。

本発明のブラシは、毛部を備えたヘッド部と、電気信号に応じて伸縮するアクチュエータと、当該アクチュエータの振動をヘッド部に伝達する接続部材と、アクチュエータを内蔵する筐体とをふくむボディ部と、含み、ヘッド部の往復振動の方向は、筐体の延在する方向に対して所定の角度を成している。

本発明によれば、新規なブラシを提供できる。

第１の構造例を示す断面図である。 一例にかかるブロック図である。 一例にかかる信号の周波数特性を示す図である。 第２の構造例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１、図４は、実施形態に係るブラシの断面図である。ブラシは歯ブラシを例に説明するが、その他のブラシであってもよい。

たとえば、歯ブラシは、大きく分けて３つの部材からなっていてもよい。一つ目は毛部１１を備えたヘッド部Ｈである。２つ目は、持ち手の部分、つまり筐体２１を備えたボディ部Ｂである。３つめはたとえば乾電池の場合は不要な場合もあるが、充電可能なバッテリの場合に便利な充電台Ｄである。

図１の構造を参照して各部材の説明をする。ヘッド部Ｈは、毛部１１、柄部１２、固定部１３を備えている。

毛部１１は、たとえば、直径が０．１〜０．４ｍｍ程度のナイロン製のひもの集合体からなる。毛部１１は、概ね３０〜４０ｍｍの長さの前記ひもを１５〜２０本程度の束にした後、束の真ん中で２つ折りにして、後述する柄部１２の穴に挿入される。すなわち、挿入後には、一つの穴に対して、ひもを３０〜４０本程度の束にしたものが一つ入っている。挿入後の毛部１１は、長さをそろえるためにカットされる。カット後の柄部１２から突出した毛部１１の先端までの長さはたとえば０．７ｍｍから１３ｍｍである。カット面は、毛部１１の長さが均一な平坦面でもよく、毛部１１の長さが異なるのこぎりの歯状のギザギザした面でも良い。

柄部１２は、たとえばアクリルやポリカーボネート、ポリプロピレン等のプラスティック素材からなっていてもよい。柄部１２の表面には、前述した毛部１１を埋め込むために、直径１．３ｍｍ〜２．１ｍｍ程度の穴が、おおよそ１２個から３６個程度設けられている。この穴に先の毛部１１が押し込まれている。この柄部１２は、一例として、穴が設けられた面（穴側の面という）の縦の寸法が１５〜３５ｍｍ、横の寸法が８〜１５ｍｍ、先の面に直交する厚みが、アクチュエータ３１の厚みを含んで、２〜１０ｍｍであってもよい。

柄部１２の毛部１１が植え込まれた側とは逆側の端部には、固定部１３がある。固定部１３は、ボディ部Ｂ側の固定部２４と嵌合して固定される。固定部１３と固定部２４とは、雄ねじと雌ねじの組み合わせでもよい。また嵌合される互いの部位の断面がのこぎりの歯状を呈する形状にして、押し込みによる挿入後、外れ難くするようにしてもよい。

これにより、ヘッド部Ｈの交換が行えるとともに、ヘッド部Ｈが不用意に外れることがおきにくくできる。

ボディ部Ｂは、持ち手となる筐体２１、アクチュエータ３１、制御系や昇圧回路等を搭載した基板３２、電極パッド３３、キャップ部４０、バッテリ３５、操作部３４、接続部材２２などを含んで構成されてもよい。筐体２１は筒状をなしており、その内部にメモリ３８、バッテリ３５や基板３２等を備える。筐体２１の一方側端部には、接続部材２２が固定されて、接続部材２２により筐体２１の内部が密閉されてもよい。筐体２２の他方側端部には、キャップ部４０が固定されて、接続部材により密閉されてもよい。

筐体２１は、ヘッド部Ｈの支持部としての機能を有する。また筐体２１は、内部に基板３２やバッテリ３５等を収納する。大人が通常の使用態様で握っても壊れない強度を有していればよく、アクリルやポリカーボネート、ポリプロピレン等のプラスティック素材からなっていてもよい。筐体２１の長さは、たとえば１０ｃｍ〜２５ｃｍ程度である。筐体２１の筒状の外側の直径は、おおよそ１〜３ｃｍ程度である。

接続部材２２は、筐体２１に脚部２９がねじ２５で固定されて、筐体２１の内部を密閉する役割を果たしている。接続部材２２に設けられたねじ２５を挿入するための孔は、ねじ２５の挿入後に樹脂で覆うことで封止してもよい。あるいはパッキン等の封止部材をかませてねじ止めしてもよい。もちろん、ねじ２５で固定する以外にも、たとえば筐体２１と接続部材２２とを超音波溶着したり、あるいは接着剤で固定したりしても良い。

接続部材２２は固定部２３、伝達部２７及び脚部２９を備える。そして、後述するアクチュエータ３１の積層方向への伸縮（図１の矢印）によって生じる振動を歯ブラシのヘッド部Ｈに伝達する役割を果たす。接続部材２２はたとえばシリコーンゴム等のゴム素材等が採用可能である。接続部材２２は、ねじ２５により固定している部位である脚部２９及び固定部２３は固めのゴムやプラスティック素材、あるいは金属等を用いてもよい。またアクチュエータ３１と固定部２３との間の部分である伝達部２７は、固定部２３等よりもやわらかい素材、たとえばゴムを用いてもよい。接続部材２２の製造は、よく知られた２色成型技術や一体成型技術を使えばよい。もちろん接続部材２２は、固定部２３と伝達部２７等、すべて部位を同じ素材にて作製してもよい。固定部２３に求められる硬さと、伝達部２７に求められる硬さとの中間程度の堅さに設定すればよい。この場合、接続部材２２の製造工程が簡素化できる。

そして、接続部材２２は、筐体２１の延在方向に対しておおよそ１０°から２０°傾斜している。そのため、接続部材２２の内部の圧電素子等のアクチュエータ３１も筐体２１の延在方向に対しておおよそ１０°から２０°傾斜している。あおのため、アクチュエータの伸縮方向（振動方向）も筐体２１の延在方向に対しておおよそ１０°から２０°傾斜している。このため、ヘッド部Ｈの柄部１２も筐体２１の延在方向に対しておおよそ１０°から２０°傾斜している。つまり、ヘッド部Ｈは、アクチュエータ３１と同様に筐体２１の延在方向に対しておおよそ１０°から２０°傾斜して往復振動することとなる。

接続部材２２の固定部２３には、ヘッド部Ｈの固定部１３が挿入される。互いの固定部１３，２３において、ねじ込み式あるいは押し込みによる挿入式のどちらでも良いことは先にのべたとおりである。また、雄側と雌側が入れ替わってもよい。すなわち接続部材２２の固定部２３側が雄、ヘッド部Ｈの固定部１３が雌になってもよい。なお、ゴムの硬さは、たとえばテクロック社製のデュロメーター計タイプＡ用のGS-719シリーズやGS-720シリーズを用いて、JIS K 6253シリーズ:2012に基づき、測定すればよい。

接続部材の脚部２９は、アクチュエータ３１の周囲を周回するように管状をなしている。そして、筐体２１の内側の壁面に接触して、筐体２１内部の密閉を実現する。
脚部２９は、筐体２１の内壁には接触しているが、アクチュエータ３１の振動を阻害しないように、アクチュエータ３１には接触しない。

また、筐体２１の内部には、台座部２４が、筐体２１に対してねじ２５により固定されている。筐体２１に設けられたねじ２５を挿入するための孔は、ねじ２５挿入後に樹脂を流し込み封止して防水性を担保してもよい。あるいはＯ−リングと呼ばれる封止部材をかませてねじ止めしてもよい。この台座部２４と接続部材２２の伝達部２７との間でアクチュエータ３１が挟まれている。そしてアクチュエータ３１が伸縮する際に、その伸びる力が伝達部２７側へといくようになしてある。つまり台座部２４側は伝達部２７に比較して強固に固定されており、伝達部２７側へはアクチュエータ３１が伸びやすいようになしてある。そのためには、この台座部２４は、接続部材２２の伝達部２７よりも十分な曲がりにくさ・硬さを有している。台座部２４はたとえばＳＵＳや真ちゅう等の金属素材からなっていてもよい。あるいは硬質プラスティックでも良い。アクチュエータ３１の伸縮により伝達部２７が変形し、固定部２３もこれに応じてアクチュエータ３１の伸縮方向とほぼ同じ方向に毛部１１を振動させることができる。なお、ほぼ同じ方向とは、圧電素子の伸縮方向に対して、毛部１１の振動方向（毛部の主たる前後運動の方向）がなす角が１０°以下であることをいう。つまり毛部１１が、毛部の毛の延在方向に対して、９０°±１０度の範囲で往復振動する。

本実施の形態では、アクチュエータ３１はたとえば積層型の圧電素子である。積層型圧電素子は、例えばＰＺＴ等の圧電特性を示す誘電体と、断面が櫛歯状の内部電極とが交互に積層されて構成される。内部電極は、第１の側面の電極に接続されるものと、第２の側面の電極に接続されるものとが交互に積層される。

圧電素子は、少なくとも２つの電極を有している。そして、基板３２から配線３９を通じて、一方側の電極と他方側の電極にそれぞれ電気的に接続される。積層型圧電素子は、積層方向（上記した圧電素子の振動方向にほぼ一致する）の長さが例えば５ｍｍ〜１２０ｍｍである。また、積層型圧電素子の積層方向と直交する方向の断面形状は、例えば２ｍｍ角〜１５ｍｍ角の略正方形状や、正方形状以外の円柱形状など、任意の形とすることができる。なお、積層型圧電素子の積層数や断面積は適宜決定される。

積層型圧電素子には、たとえば基板３２から信号（供給信号）が供給される。換言すれば、積層型圧電素子には、基板３２から印加される電圧が交流電圧の場合には、ある瞬間に、一方側の電極に正の電圧が印加されるときには、他方側の電極には負の電圧が印加されてもよい。反対に、一方側の電極に負の電圧が印加されるときには、他方側の電極には正の電圧が印加される。一方側の電極及び他方側の電極に電圧が印加されると、誘電体に分極が起こり、積層型圧電素子は電圧が印加されない状態から伸縮する。積層型圧電素子の伸縮の方向は、誘電体と内部の電極の積層方向にほぼ沿っている。あるいは、積層型圧電素子の伸縮方向は、誘電体と内部の電極の積層方向とほぼ一致している。積層型圧電素子は、積層方向にほぼ沿って伸縮するため、伸縮方向の振動伝達効率がよいという利点がある。
あるいは積層型圧電素子には、基板３２から一方側の電極に正の電圧、たとえば１０Ｖが印加されるときには、他方側の電極には０Ｖの電圧が印加されてもよい。駆動アンプ３７の昇圧回路により積層型の圧電素子に印加する信号（供給信号）の電圧は、例えば３Ｖp-p〜５０Ｖp-pとすることができるが、かかる範囲に限定されない。なお、配線部３９等を通じて、アクチュエータ３１に供給される信号はたとえば図３のような周波数特性を持つ。

基板３２は、防水構造が実現された筒状の筐体２１の内部に収納される。基板３２には、図２のブロック図であらわされた各機能部が搭載される。たとえば、基板３２は、信号生成部３６、駆動アンプ３７などが搭載される。

操作部３４は、ブラシのＯＮ・ＯＦＦを切り替える電源スイッチ（たとえばボタンスイッチ）と、音量調整するスイッチ（たとえば＋ボタン・−ボタン）や、コンテンツである曲や音声の選択スイッチを含んでもいてもよい。これらのスイッチは筐体２１の外側の面に配置されている。ユーザが筐体２１の外側から各スイッチを操作可能である。たとえば、筐体２１の外側表面に防水シートを貼付し、その内側にこれらのスイッチが設けられてもよい。

バッテリ３５は、筐体２１の内部に収納されている。そしてバッテリ３５は、充電台Ｄの送電部５３から非接触給電の規格等に準拠した無線給電により、受電部４１を介して、電力が供給される。なお、バッテリ３５は乾電池でも良く、その場合、送電部５３、受電部４１はなくともよい。

キャップ部４０は、筐体２１の接続部材２２とは逆側の端部に取り付けられる。キャップ部４０は、バッテリ３５や基板３２が配置されている内部の空間を密閉する。また、キャップ部４０の内部側の表面には、受電部４１、及び受電した電力をバッテリ３５へとおくる端子や回路を備えた基板が設けられている。

筐体２１の内部には、メモリ３８を格納するメモリスロットがもうけられる。メモリ３８は、たとえばＳＤカードと呼ばれるメモリの類でも良く、独自のフラッシュメモリでも良い。このメモリ３８の着脱や、バッテリ３５の交換等を目的として、キャップ４０はユーザが着脱できるようにしてもよい。メモリ３８には、様々な音源が記憶されていてもよい。例えばユーザが好みの楽曲や音源等のコンテンツを、ＰＣやスマートフォン経由で、音声信号としてメモリ３８に記録し、その楽曲入りメモリを筐体２１の内部のメモリスロットに挿入することができる。

充電台Ｄは、筐体５１、基板５２、送電部５３及びプラグ５４を備える。充電台Ｄの筐体５１は、ボディ部Ｂを搭載可能な平板上の主面を備える。主面には送電部５３が配置されており、ボディ部Ｂの受電部４１に電力を送電する。筐体５１の内部には、基板５２が配置されており、プラグ５４からの商用電源からの電力を非接触給電に準拠した送電可能な電力に変換する。

次に図２の実施例を、回路構成等の電気的な接続関係を含めて説明する。
充電台Ｄは、たとえば１００ｖ、１．５Ａ、５０／６０Ｈｚの商用電源に接続されるプラグ５４をそなえる。プラグ５４から供給される電力は、基板５２に搭載された回路を通じて、非接触充電規格に適合した電圧、電流に変換して、送電部５３へ送られる。

送電部５３からの電力は受電部４１を介して、バッテリ３５に蓄積される。

ボディ部Ｂは、圧電素子３１、操作部３４、バッテリ３５、信号生成部３６、駆動アンプ３７、メモリ３８、受電部４１等を含んで構成される。

操作部３４は、ブラシのON・OFF切り替えスイッチ回路と、音量調整回路とを含んでもよい。さらには、楽曲選択のスイッチ回路を備えていてもよい。
バッテリ３５は、充電回路及び過充電防止回路を備えていてもよい。またサーミスタを備えていてもよい。

メモリ３８は、圧電素子３１を駆動するための音声信号等を記憶する。具体的には、可聴域において所定の周波数帯域からなる音声信号、すなわち２０ｋＨｚ以下の可聴域の周波数において非離散的な信号、すなわち連続的な広がりを有する信号を含んで記憶する。この非離散的な信号とは、以下（１）〜（４）の手順を経て測定されたものが、（５）の条件をみたすものをいう。
（１）ＩＥＣ６０３１８シリーズのＨＡＴＳの人口耳から５ｃｍ程度の位置に、すくなくとも２００Ｈｚから１００００Ｈｚまでは気導音を出力できるスピーカを配置し,
（２）前記スピーカにより先の音声信号を用いて音声を少なくとも１０秒以上連続再生し、
（３）ＨＡＴＳのマイクからの入力である音圧をＦＦＴ（高速フーリエ変換処理）し、
（４）そのＦＦＴした後の出力値の周波数特性を示すグラフにおいて、当該出力値を周波数Ｆ（Ｈｚ）＝１×ｎ：（ｎは２００〜１００００の整数）とあらわしたときに
（５）フロアノイズを１５ｄＢ（ＳＰＬ）以上うわまわる有意な出力値である整数ｎが５０個以上連続して存在すること。たとえばｎ＝２５０，２５１，２５２・・・，２９９，３００のすべてにおいて、有意な検出値が出力されていることである。図３はその一例である。

この非離散的な信号は、たとえばアナログやデジタルの音声信号である。音声信号には、楽曲信号や人間の会話データ、歌声等が含まれてよい。ただし、音響の分野でいわゆる純音（pure tone）といわれるような単一の周波数だけを提示する信号や、たとえばモータ等を単一の回転数で駆動させるための信号はここでいう非離散的な信号には含まれない。

また複数の純音だけからなる信号も離散的であるため含まれない。たとえば２００Ｈｚの純音と１０ｋＨｚの純音だけからなる信号も、上記の式において、ｎが２つ（ｎ＝２００、ｎ＝１００００）しかなく且つ互いの整数ｎが連続していないため、非離散的な信号には含まれない。

また、メモリに記憶される信号には、たとえば２０ｋＨｚ超から１００ｋＨｚまでの周波数に対応する超音波信号をさらに含んでいてもよい。超音波信号は離散的であってもよい。たとえば５０ｋＨｚだけの信号により超音波駆動により、ブラッシング効果を高めるために使用されてもよい。この場合、可聴域の非離散的な信号に、超音波の純音の信号が重畳されてもよい。

またメモリに記憶された信号は、符号化圧縮がされていてもよい。これらの信号を記憶するためのメモリ３８は、不揮発性メモリであってもよい。

信号生成部３６は、メモリ３８に記録された信号をアクチュエータ３１に供給するための供給信号（アクチュエータ３１に供給される信号をここでは供給信号とよぶ。）に変換する。なお、特に変換不要な場合もある。そして所定の周波数帯の強化等が行われたのち、駆動アンプ３７を経て、アクチュエータ３１へと供給される。

たとえば供給信号も、上記のメモリに記録された信号のうち、非離散的な信号と同様に、周波数特性において所定の範囲で連続的な信号、すなわち所定の範囲で非離散的な信号を含むことになる。たとえばメモリ３８に記憶されたオリジナルの音声信号と比較して、信号生成部３６では、たとえば２００Ｈｚから４００Ｈｚまでの周波数特性だけをおおよそ２０ｄＢ分だけ強化した強化信号を生成して、これを供給信号としてもよい。このように低周波数帯の信号のパワーを局所的に上げることにより、ブラシング効果の向上が期待される。なお、この強化信号は、メモリ３８から出力された楽曲の信号を、駆動アンプ３７にかける際に、強化したい周波数帯域をイコライザにて強める補正を行う（信号生成プロセス）ことで実現してもよい。もちろん、強化信号と同様の周波数特性を持つ信号自体を最初からメモリ３８に音声信号として記憶するようにしてもよい。

次に、アクチュエータ３１及び毛部１１の動作について説明する。アクチュエータ３１は、駆動アンプを経た供給信号に従い、積層方向（図１の矢印）にそって伸縮する振動を生じる。アクチュエータ３１の伸縮に沿って、伝達部２７が前後に振動することで、ヘッド部Ｈの毛部１１が前後に振動する（図１の矢印）。この振動を供給信号に応じて繰り返すことで、楽曲が再生される。楽曲にあわせて、前後に振動した歯ブラシは、毛部１１を介してユーザの歯に振動を伝達する。結果として、ユーザは歯から骨伝導経由で音を聞くことができる。
なお、操作部３４のスイッチが操作されて基本の音声信号を元に駆動させる通常モードと、ブラッシングを強化する強化モードとを切り替えてもよい。あるいは、また、通常モードの場合でも、強化モードの場合でも、操作部のスイッチにて音量調整をしてもよい。
そして、音量調整で音量を大きくする操作をしたときには、特定の周波数に関係なく、楽曲全体のボリュームが上がるように、アクチュエータ３１に供給するパワーの大小が変更される。

また、基本信号の種類を変更すること、すなわち楽曲や物語等のコンテンツを変更することで、様々な周波数帯域の振動を得ることもできる。このため、ユーザは、歯を経由した骨伝導で好みのコンテンツを聴きながら、当該コンテンツに一致した振動で歯ブラシができてもよい。

さらには、アクチュエータ３１は、可聴域（１０Ｈｚから２０ｋＨｚまで）に加え、超音波帯（２０ｋＨｚ以上）でも振動させてもよい。たとえば可聴域（１０Ｈｚから２０ｋＨｚまで）の連続的な振動に加え、５０ｋＨｚ付近のみで振動してもよい。この場合、超音波振動によるブラシングが可能となる。超音波振動を与える信号は純音であってもよいし、また離散的な信号でもよい。もちろん連続的、非離散的な信号でもよい。

次に図４を参照しながら構造例２を説明する。特に図１との変更点を中心に説明する。図１の構造例１と異なる点は特に接続部材２２の脚部２９の内部にインサート成形された補強部材２６をそなえる点である。補強部材２６は、たとえばＳＵＳや板金を曲げ加工してＬ字状になしてある。そして筐体２１に接続部材２２を固定する際には、筐体２１、補強部材２６がともにねじ２５により固定される。

これにより接続部材２２をたとえば伝達部２７の硬さに合わせてショア００にて３０〜７０程度の柔らかい素材を採用したときでも、接続部材２２を筐体２１に対して固定しやすい。ゴムの硬さであるショア００は、ASTM D 2240 standardに準拠したデュロメーター計、たとえばテクロック社製：GS-754Gにて測定できる。なお、補強部材２７は、圧電素子３１の振動方向において伝達部２６と対向する領域には設けなくともよい。その場合、たとえば伝達部２７や固定部２３の領域を避けてその周囲を周回するような環状の部位を持つ補強部材２６としてもよい。あるいは、棒状の金具を単にＬ字状に折り曲げたような２７の振動伝達を阻害しにくい構造が実現できる。なお、補強部材２７は金属に限らず硬質プラスティックでもよい。接続部材２２において、柔らかいゴム素材等に硬質プラスティックが２色成型技術により一体的に埋設されてもよい。

Ｈ・・・ヘッド部
Ｂ・・・ボディ部
Ｄ・・・充電台
１１・・・毛部
１２・・・柄部
１３・・・固定部
２１・・・筐体
２２・・・接続部材
２３・・・固定部
２４・・・台座部
２５・・・ねじ部
２６・・・補強部材
２９・・・脚部
３１・・・アクチュエータ（圧電素子）
３２・・・基板
３３・・・電極パッド
３４・・・操作部
３５・・・バッテリ
３６・・・信号生成部
３７・・・駆動アンプ
３８・・・メモリ
３９・・・配線部
４０・・・キャップ部
４１・・・受電部
５１・・・筐体
５２・・・基板
５３・・・送電部
５４・・・プラグ

Claims (10)

1. 毛部を備えたヘッド部と、
   電気信号に応じて伸縮するアクチュエータと、当該アクチュエータの振動を前記ヘッド部に伝達する接続部材と、前記アクチュエータを内蔵する筐体とをふくむボディ部と、含み、
   前記ヘッド部の往復振動の方向は、前記筐体の延在する方向に対して所定の角度をなしているブラシ。
2. 前記アクチュエータを駆動させる信号には、非離散的な信号から生成される信号を含む請求項１に記載のブラシ。
3. 前記非離散的な信号には音声信号を含む請求項２に記載のブラシ。
4. 前記接続部材は、前記アクチュエータの伸縮により変形する伝達部を備える請求項１に記載のブラシ。
5. 前記接続部材の前記伝達部は、前記アクチュエータと対向する請求項４に記載のブラシ。
6. 前記ボディ部は、圧電素子を固定する台座部を含む筐体をさらに備え、
   前記台座部と、前記伝達部とで前記圧電素子を押圧している請求項５に記載のブラシ。
7. 前記音声信号に基づき前記アクチュエータを駆動させているときに、前記毛部がユーザの歯に当たっていると、骨伝導音が発生する請求項３のブラシ。
8. 前記毛部を備えたヘッド部は、前記ボディ部に対して着脱可能である請求項１に記載のブラシ。
9. 前記所定の角度は、１０°以上２０°以下である請求項１に記載のブラシ。
10. 請求項１に記載のボディ部にたいして、交換可能なヘッド部。

Images