WO2019230704A1 - 電動歯ブラシ - Google Patents

Abstract

電動歯ブラシは、第一電極である導電プレート（１１）を備えた本体部と、本体部の長手方向の先端に設けられていて、本体部の一端に連結されている第二電極である酸化チタン棒（１７）と、ブラシ毛（１４）が埋め込まれているブラシ基体を備え、第二電極（１７）に連結されるブラシ部と、電池（３０）と、ユーザが、第一電極（１１）に触れつつ、ブラシ部をユーザの口腔内に保持することにより発生する微弱電流を検出する電流検出部（３６）と、振動発生ユニット（３８）とを備え、電流検出部（３６）により微電流が検出されると、振動発生ユニット（３８）が駆動される。

Description

電動歯ブラシ

本開示は、電動歯ブラシに関する。

　酸化チタンのようなＮ型半導体の光触媒作用を用いて、口腔内歯牙へ付着するプラーク（歯垢）の発生を防いだり、発生したプラークを除去するための、プラークコントロール用の電動歯ブラシが提案されている。酸化チタンに紫外線を含む光が照射されると、光触媒作用によりその表面から電子と正孔が形成される。それらが起因する酸化還元反応により、汚れや臭いの原因となる有機物を最終的にはＣＯ_２とＨ_２Ｏまで分解することができる。このような光触媒作用を有する酸化チタンのようなＮ型半導体を利用する電動歯ブラシは、口腔内に存在する細菌や歯牙に付着するプラーク、また、乳酸等の有機酸を分解・除去することができ、虫歯や歯周病の発生を防ぐことができる。

　特開平６－９０８２４号公報には、モータと、モータを駆動するための直流電源と、この直流電源からモータへの通電状態をオン・オフするスイッチと、モータの回転運動を植毛部での微振動又は往復運動に変換する運動変換手段とを、握り部に設け、植毛部と握り部とに亘って、少なくとも一部が口腔内に挿入されて水分と接触するＮ型半導体を設け、このＮ型半導体と直流電源の陽電極とを接続するとともに、握り部の外面に設けた導体と直流電源の陰電極とを接続した、電動歯ブラシが開示されている。

　この電動歯ブラシでは、モータ駆動用直流電源を利用して、当該直流電源とＮ型半導体とを組み合わせることにより、さらに、製造コストの低廉化と握り部を含めた電動歯ブラシ全体のコンパクト化とを促進することができる。

　特許第５８２０４９４号公報には、導電部を備えた、柄となる本体部と、前記本体部の長手方向の先端に設けられているＮ型半導体の棒と、ブラシ毛が埋め込まれている透明なブラシ基体を備えるブラシ部と、前記本体部の先端に設けられた紫外線発光素子と、前記紫外線発光素子および前記Ｎ型半導体の棒の一部を覆う透明な円柱状導光体と、前記円柱状導光体と一体的に形成させた振動発生ユニットと、を備えた電動歯ブラシが開示されている。

　この電動歯ブラシは、紫外線発光素子と光触媒作用を有するＮ型半導体とを備えているので、電動歯ブラシに外部から光が照射されなくても、紫外線発光素子による紫外線によりＮ型半導体から光触媒作用が発生する。さらに、この電動歯ブラシは、紫外線発光素子およびＮ型半導体の棒の一部を覆う透明な円柱状導光体を備えているので、紫外線発光素子が放射した紫外線を、Ｎ型半導体の先端まで効率的に到達させることができる。また、この電動歯ブラシは、振動発生ユニットと円柱状導光体とが一体的に形成されているので、振動と紫外線を効率的に伝達することができる。

課題を解決する手段

　本開示の電動歯ブラシは、第一電極を備えた本体部と、前記本体部の長手方向の先端に設けられていて、前記本体部の一端に連結されている第二電極と、ブラシ毛が埋め込まれているブラシ基体を備え、前記第二電極に連結されるブラシ部と、電源部と、ユーザが、前記第一電極に触れつつ、前記ブラシ部を前記ユーザの口腔内に保持することにより発生する微弱電流を検出する電流検出部と、振動発生ユニットとを備え、前記電流検出部により前記微弱電流が検出されると、前記振動発生ユニットが駆動される。

　この電動歯ブラシでは、第一電極と第二電極の間に、常時電圧が印加されている。ユーザが、この電動歯ブラシを使用しようとする際には、本体部のユーザの手または指は第一電極に触れている。ユーザがこの電動歯ブラシを口腔内に入れると唾液等を介して、第二電極と歯牙の間に微弱電流が流れ、この微弱電流は、ユーザの体を経由して、ユーザの手または指が触れている第一電極に流れ込む。電流検出部がこの微弱電流を検出すると、振動発生ユニットが駆動されて、歯磨き動作が開始される。このように、この電動歯ブラシでは、ユーザがこの電動歯ブラシを保持し（つまり、第一電極に触れ）かつこの電動歯ブラシを口腔内に入れることにより、振動発生ユニットが駆動されるので、ユーザが電源スイッチをオン・オフする必要は無い。更に、前記微弱電流は、歯垢を除去する効果を奏する。

本開示の電動歯ブラシでは、ユーザがこの電動歯ブラシを保持し（つまり、第一電極に触れ）かつこの電動歯ブラシを口腔内に入れることにより、振動発生ユニットが駆動される。従って、ユーザは、電源スイッチをオン・オフする必要は無い。このため、通常のユーザにとって、電動歯ブラシのスイッチをオン・オフする必要が無いので、この電動歯ブラシは非常に便利である。また、指または手を自由に使うことができない高齢者または身体障碍者にとっては、この電動歯ブラシは、電動歯ブラシのスイッチをオン・オフする必要が無いので、その使用が容易になる。

実施態様１の電動歯ブラシの上面図である。 実施態様２の電動歯ブラシの上面図である。 実施態様１の電動歯ブラシの断面図である。 実施態様１の電動歯ブラシの展開図である。 実施態様１の電動歯ブラシの展開図である。 本開示の電動歯ブラシの回路構成図である。 実施態様１および３の電動歯ブラシの基本構成を説明する図である。 実施態様２および４の電動歯ブラシの基本構成を説明する図である。

　特開平６－９０８２４号公報の電動歯ブラシでは、ユーザがこの電動歯ブラシの使用を開始または終了しようとするには、図１－３に示されているスイッチ８をオンまたはオフにしなければならない。通常のユーザにとっても、電動歯ブラシのスイッチをオン・オフすることは面倒である。特に、指または手を自由に使うことができない高齢者または身体障碍者にとっては、電動歯ブラシのスイッチをオン・オフすることは極めて困難である。

　特許第５８２０４９４号公報の電動歯ブラシの場合にも、この電動歯ブラシの使用を開始または終了しようとするには、ユーザは、電源スイッチをオンまたはオフにしなければならない。

　本開示は、このような問題に対応してなされたものであり、電源スイッチを備えていない電動歯ブラシを提供するという効果を奏し得る。

　本開示の電動歯ブラシは、前記電流検出部がトランジスタを備え、前記トランジスタのベース・エミッタ間に前記電流が流れると、前記トランジスタのコレクタがグラウンド電位となり、前記振動発生ユニットを駆動させることができる。

　この電動歯ブラシでは、ユーザがこの電動歯ブラシを保持し（つまり、第一電極に触れ）かつこの電動歯ブラシを口腔内に入れることにより発生する微弱電流が、トランジスタのベース・エミッタ間に流れると、トランジスタのコレクタがグラウンド電位になる。その結果、電源部から電流が振動発生ユニットに流れ込み、振動発生ユニットが駆動される。

　前記検出電流は、３－１００μＡとすることができる。検出電流が３μＡ未満であると、誤動作によるスイッチ・オンが発生し、それが１００μＡより大であると、電動歯ブラシが作動しなくなることがありかつユーザが電流を感じることがある。

　本開示の電動歯ブラシは、前記電流検出部が前記微弱電流を検出したことを表示する表示ユニットを、更に、備えることができる。この表示ユニットは、微弱電流が検出されたこと、つまり、この電動歯ブラシが動作していることを表示する。

　前記第二電極は、Ｎ型半導体とすることができる。前記第二電極をＮ型半導体とすると、その光触媒効果により励起電子および正孔が生成され、歯牙（Ｎ型半導体）と第一電極の間が導通する。これにより、検出電流を効率良く検出することができる。さらに、Ｎ型半導体による光触媒効果により、歯垢、沈着色素および乳酸等の有機酸を分解するＯＨラジカルを発生させることが出来る。

　本開示の電動歯ブラシは、更に、前記第二電極に電圧を印加する太陽電池を備えることができる。第二電極には、太陽電池からも電圧が印加されるので、電源部に使用される電池の消耗を遅くすることができる。更に、第二電極がＮ型半導体の場合、電池が完全に消耗して使用できなくなっても、太陽電池から電圧が供給されるので、光電気化学反応により、歯牙に付着するプラーク等を分解・除去することが出来る。

　前記第二電極は、金属とすることができる。この電動歯ブラシの場合には、歯牙（Ｎ型半導体）と第一電極の間は、その間に存在する，導電度を有する唾液などの水分により導通する。

　前記電源部は、一次電池または二次電池とすることができる。これにより、電源部は、振動発生ユニットに十分な電力を供給することが出来る。

　前記ブラシ部は、前記第二電極に対し取り外し可能に嵌め込むことが出来る。これにより、長期間の使用により変形したブラシ部を新しいものに取り換えることが出来る。

（実施態様１）
　図１Ａは、実施態様１の電動歯ブラシの全体を示す上面図で、図２は、その断面図で、図３は、その展開図である。実施態様１の電動歯ブラシは、ブラシ部１６、本体部１２および太陽電池１８から構成されている。ブラシ部１６の先端から太陽電池１８の端までの長さは２３ｃｍで、本体部１２の直径は、２．５ｃｍである。ブラシ部１６は、透明樹脂により形成されていて、その先端にはブラシ毛１４が埋め込まれている。図２および３に示されるように、本体部１２のフレーム２６の先端に設けられている空間部により、酸化チタン棒１７が保持されている。ブラシ基体１５の内側には、本体部１２から突出しているＮ型半導体である酸化チタン棒１７に嵌め込まれるように、フレーム２６には空間部が設けられている。この構造により、長期間の使用により使用に耐えなくなったブラシ部１６は、本体部１２から取り外して、新しいものに取り換えることが出来る。

　図２に示されるように、酸化チタン棒１７の下には、偏心睡７とモータ２４が設けられている。偏心睡７は、モータ２４の回転運動を、ブラシ部１６の往復振動運動に変換するためのものである。フレーム２６には回路基板３２が固定されていて、この回路基板３２には、集積回路２０および昇圧トランス３３が設けられている。図４に示されるように、金属ブッシュ２９により、第一電極となる導電プレート１１と電池３０の陽極は接続されている。電池３０の陽極は、リード線３４によりモータ２４にも接続されている。電池３０の下部には、電池３０を固定し電池３０の陰極との電気的導通を取るためのスプリング３１が設けられている。このスプリング３１は、リード線３４により酸化チタン棒１７に接続されている。コネクタ２７は、回路基板３２とモータ配線であるリード線３４を固定している。図６Ａに示されるように、太陽電池１８は、本体グランドと導電プレート１１との間に接続されている。この電動歯ブラシが駆動されると、その駆動を表示するＬＥＤ１３を設けても良い。

　次に、図６Ａに基づいて、実施態様１の電動歯ブラシの基本構成を説明する。第一電極となる導電プレート１１には、太陽電池１８の陽極が接続されているのに対し、第二電極である酸化チタン棒１７には、電流検出部３６が接続されている。この電流検出部３６には、演算部３７が、接続されていて、さらに、その演算部３７には振動発生ユニット３８が接続されている。振動発生ユニット３８には電池３０が並列接続されている。

　図５に基づいて、電流検出部３６、演算部３７および振動発生ユニット３８の具体的回路構成を説明する。酸化チタン棒１７に接続されている電流検出部３６は、トランジスタＱ２を備える。トランジスタＱ２のコレクタには＋３．３Ｖの電圧が供給されている。この＋３．３Ｖの電圧は、電池３０の電圧を（例えば、スイッチング回路および昇圧トランス３３から構成される）昇圧ユニット３９により昇圧したものである。トランジスタＱ２のベースとエミッタには、微弱電流を検出するために抵抗Ｒ４が接続されている。検出される検出電流の大きさは、この抵抗の抵抗値を変化させることにより、変化させることが出来る。実施態様１の電動歯ブラシにおいては、抵抗Ｒ４＝５００ＫΩである。演算部３７は、集積回路２０により構成されていて、そのＰＧＣ端子は、トランジスタＱ２のコレクタに接続されている。振動発生ユニット３８は、モータＭ１と振動強度制御部４０を備え、振動強度制御部４０を構成する電界効果トランジスタのゲートは、集積回路２０のＰＷＭ端子に接続されている。振動強度制御部４０は、モータ３０および偏心錘２５により生成されるブラシ部１６の往復振動運動の強度を制御する。

　次に、図５および図６Ａに基づいて、実施態様１の電動歯ブラシの動作原理を説明する。ユーザが、この電動歯ブラシを使用していない状態では、導電プレート１１には、太陽電池１８からの＋２．５Ｖの電圧が印加されていて、集積回路２０は、スリープモードにあり、第一電極である導電プレート１１と第二電極である酸化チタン棒１７の間は導通していない。ユーザがこの電動歯ブラシを使用するときには、ユーザは本体部１２（導電プレート１１）を手で持って、ブラシ部１６を口腔内に入れる。この状態では、ブラシ部１６の酸化チタン棒１７は口腔内の唾液４５に接するので、本体部１２の導電プレート１１から、それに触れているユーザの手４４、ユーザの胴体部４３、歯牙４２、唾液４５を介して酸化チタン棒１７に至る電流経路が形成される。電流検出部３６のトランジスタのベースにこの電流経路に流れる微弱電流（検出電流）が流れ込むと、トランジスタＱ２のコレクタ電位が＋３．３ＶからＧＮＤに落ちる。これにより、集積回路２０のＰＧＣ端子の電圧は、ＨＩＧＨからＬＯＷに変化し、これに伴い集積回路２０のスリープ状態が解除される。集積回路２０は、このような変化が起きると、振動発生ユニット３８の電界効果トランジスタをオンにする信号を振動発生ユニット３８に送るようにプログラムされている。振動発生ユニット３８がこのような信号を受信すると、電界効果トランジスタをオンになることにより、モータ２４に電池３０の電圧が印加されて、モータ２４および偏心睡２５が駆動される。これにより、酸化チタン棒１７およびこれに連結されているブラシ部１６が往復振動動作をする。このように、ユーザは、本体部１２を手で持ち、ブラシ部１６を口腔内に入れることのみにより、この電動歯ブラシを駆動させることができ、電源スイッチをオンする必要は無い。

　実施態様１の電動歯ブラシの場合、第二電極には、Ｎ型半導体である酸化チタン棒１７が使用されているので、光電気化学反応を利用することができる。特開平６－９０８２４号公報に記載されるように、Ｎ型半導体が唾液等の水分に接触するとＮ型半導体のフェルミ順位と前記水分の酸化還元順位との差により、空間電位層が形成される。このＮ型半導体に光が照射されると、光照射面に価電子帯の正孔による酸化反応が起こり、水分子が酸化されて、ＯＨラジカルが生成される。また、Ｎ型半導体の裏面に到達した伝導体の励起電子は、還元反応を生起する。水素イオンが減少し、ｐＨが上昇する反応または唾液等の水分により構成される溶存酸素が還元されることにより、ＯＨラジカルが生成する。このＯＨラジカルは、口腔内に存在する細菌や歯牙に付着するプラーク、および乳酸等の有機酸を分解・除去することに有効であり、これにより、虫歯や歯周病の発生を防ぐことができる。

　実施態様１の電動歯ブラシの場合、酸化チタン棒１７に印加される電圧は、通常、電池３０から供給される。しかし、電池３０が消耗して電圧を酸化チタン棒１７に供給することが出来なくなっても、この電動歯ブラシのブラシ部１６がユーザの口腔内に入っていれば、太陽電池１８からの供給電圧により、歯牙４２には、微弱電流が流れる。これによりＯＨラジカルが生成され、歯牙に付着するプラーク等を分解・除去することが出来る。

　ユーザが、この電動歯ブラシのブラシ部１６を口腔内から取り出すと、歯牙、唾液との接触が絶たれるので、導電プレート１１と酸化チタン棒１７の間に存在していた電流経路が消失する。この結果、この電動歯ブラシの動作は終了する。このようにして、電源スイッチを備えていないこの電動歯ブラシのスイッチ・オフが実現される。

　実施態様１の電動歯ブラシでは、検出電流の範囲は、３－１００μＡとなるように構成されている。検出電流が３μＡより小であると、誤動作を起こすことがあり、検出電流が１００μＡより大であると、電流検出回路が作動しない可能性があることとユーザが電流を感じてしまうことから、３－１００μＡの範囲が適当である。この範囲内でも、特に、検出電流を１０μＡにすることが最適である。なお、この電動歯ブラシが駆動されている間に流れる電流は５ｍＡである。

　上述したように、実施態様１の電動歯ブラシでは、検出電流が検出されるまでは、集積回路２０はスリープモードに保持されるので、この電動歯ブラシが使用されていないときの待機電流は小さく抑えることができる。

（実施態様２）
　実施態様２の電動歯ブラシは、実施態様１の電動歯ブラシから太陽電池１８を省略したもので、その上面図は図１Ａに、その基本構成は図６Ｂに示されている。実施態様２の電動歯ブラシの場合、導電プレート１１には電池３０の陽極から電圧が印加される。実施態様２の電動歯ブラシは、実施態様１の電動歯ブラシに比べ、太陽電池１８が存在しないので、ブラシ部１６と本体部１２の全長が、２０ｃｍと短くなっている。さらに、太陽電池１８を必要としないので、電動歯ブラシの製造コストも低く抑えることができる。

（実施態様３）
　実施態様３の電動歯ブラシは、実施態様１の電動歯ブラシとは、第二電極である酸化チタン棒１７がステンレスの金属棒１７’に置き換えられている点で相違する。第二電極が、ステンレスの金属棒であるので、電動歯ブラシの製造コストを低く抑えることができる。

（実施態様４）
　実施態様４の電動歯ブラシは、実施態様３の電動歯ブラシから太陽電池１８を省略したもので、その特徴は、実施態様２の電動歯ブラシと同様である。

（関連出願についてのクロス・リファレンス）
　本出願は、２０１８年６月１日に出願された日本国特許出願２０１８－１０５８６５号の優先権を主張し、そしてこの日本出願は参照によって本明細書に完全に組み込まれている。

１１　導電プレート
１２　本体部
１４　ブラシ毛
１３　ＬＥＤ
１５　ブラシ基体
１６　ブラシ部
１７　酸化チタン棒
１７’　金属棒
１８　太陽電池
２０　集積回路
２２　トランジスタ
２４　モータ
２５　偏心錘
２６　フレーム
２７　コネクタ
２８　モータ固定板
２９　金属ブッシュ
３０　電池
３１　スプリング
３２　回路基板
３３　昇圧トランス
３４　リード線          
３６　電流検出部
３７　演算部
３８　振動発生ユニット
３９　昇圧ユニット
４０　振動強度制御部
４２　歯牙
４３　人体胴部
４４　手
４５　唾液

Claims (9)

1. 　第一電極を備えた本体部と、
   　前記本体部の長手方向の先端に設けられていて、前記本体部の一端に連結されている第二電極と、
   　ブラシ毛が埋め込まれているブラシ基体を備え、前記第二電極に連結されるブラシ部と、
   　電源部と、
   　ユーザが、前記第一電極に触れつつ、前記ブラシ部を前記ユーザの口腔内に保持することにより発生する微弱電流を検出する電流検出部と、
   　振動発生ユニットとを備え、
   　前記電流検出部により前記微弱電流が検出されると、前記振動発生ユニットが駆動される、
   　電動歯ブラシ。
2. 　前記電流検出部がトランジスタを備え、前記トランジスタのベース・エミッタ間に前記微弱電流が流れると、前記トランジスタのコレクタがグラウンド電位となり、前記振動発生ユニットが駆動される、請求項１に記載の電動歯ブラシ。
3. 　前記検出電流が、３－１００μＡである、請求項１または２に記載の電動歯ブラシ。
4. 　前記電流検出部が前記微弱電流を検出したことを表示する表示ユニットを、更に、備える、請求項１－３の何れか１項に記載の電動歯ブラシ。
5. 　前記第二電極が、Ｎ型半導体である、請求項１－４の何れか１項に記載の電動歯ブラシ。
6. 　更に、前記第二電極に電圧を印加する太陽電池を備える、請求項５に記載の電動歯ブラシ。
7. 　前記第二電極が、金属である、請求項１－４の何れか１項に記載の電動歯ブラシ。
8. 　前記電源部が、一次電池または二次電池を備える、請求項１－６の何れか１項に記載の電動歯ブラシ。
9. 　前記ブラシ部が、前記第二電極に対し取り外し可能に嵌め込まれる、請求項１－８の何れか１項に記載の電動歯ブラシ。

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