以下に図面を参照して、この発明の好適� ��実施の形態を例示的に詳しく説明する。

 <第1実施形態>
 (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� ��成を説明する。図1は第1実施形態の電動歯� �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� �ある。

 電動歯ブラシは、外筐体1aと内筐体1bとか ら構成される電動歯ブラシ本体1(以下、単に� ��本体1」ともいう。)と、本体1の内筐体1bに� �り付けられるブラシ部材2と、を備えている� ��

 本体1の外筐体1aは、概ね円筒形状を呈す� ��樹脂ケースからなる。外筐体1aには、歯を� �く際に使用者が手で握るためのエラストマ� �の把持部14や、電源のオン/オフやモード切� �などを行うためのスイッチSなどが設けられ� ��いる。

 また本体1の外筐体1aの内部には、駆動源� ��あるモータ10、駆動回路12、2.4V電源である� �電池13、充電用のコイル(不図示)などが設け� ��れている。充電池13を充電する際には、充� �器100に本体1を載置するだけで、電磁誘導に� ��り非接触で充電可能である。駆動回路12は� �各種演算・制御を実行するCPU(入出力処理部) 120、プログラムや各種設定値を記憶するメモ リ121、タイマ122などを有している。

 (加速度センサ)
 本体1の内部には、加速度センサ15が設けら� ��ている。加速度センサ15としては多軸の加� �度センサを用いてもよいし、1軸の加速度セ� ��サを用いてもよい。3軸加速度センサの場合 は、図3に示すように、x軸がブラシ面に対し� ��平行になり、y軸が本体1の長手方向に一致� �、z軸がブラシ面に対して垂直になるように� ��置するとよい。「ブラシ面」とは、ブラシ� ��毛(繊維)と略直交し、かつ、毛の先端部分� �位置する仮想的な平面をいう。1軸加速度セ� ��サの場合は、図3のz軸方向もしくはx軸方向� ��加速度を検出するように設置するとよい。� ��お本実施形態では、x,y,zの3軸加速度センサ� ��用いる。加速度センサ15の出力はCPU120に入� �され、ブラシの三次元姿勢を検出するため� �利用される。

 加速度センサ15としては、ピエゾ抵抗タ� �プ、静電容量タイプ、もしくは熱検知タイ� �のMEMSセンサを好ましく利用できる。MEMSセン サは非常に小型であるため、本体1の内部へ� �組み込みが容易だからである。ただし、加� �度センサ15の形式はこれに限らず、動電式、 歪みゲージ式、圧電式などのセンサを利用し ても構わない。また特に図示しないが、各軸 のセンサの感度のバランス、感度の温度特性 、温度ドリフトなどを補正するための補正回 路を設けるとよい。また、動加速度成分やノ イズを除去するためのバンドパスフィルタ(� �ーパスフィルタ)を設けてもよい。また、加� ��度センサの出力波形を平滑化することによ� ��ノイズを低減してもよい。

 (ブラシの駆動機構)
 本体1の内筐体1bは、外筐体1aに対して相対� �自在に取り付けられた部品であり、外筐体1a の先端側(ブラシ側)の開口部から突き出るよ� ��に設けられたステム3を備えている。上記の ブラシ部材2は、このステム3を覆うように装� ��される。ブラシ部材2の先端には、ブラシ20� ��植毛されている。ブラシ部材2は消耗部品ゆ え、新品に交換できるよう、ステム3(内筐体1 b)に対して着脱自在な構成となっている。

 ステム3は、樹脂材からなる、先端(ブラ� �側の端部)が閉じた筒状の部材であり、筒の� ��部の先端に軸受32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� �ム3の軸受32に挿入される。この偏心軸30は、 軸受32の近傍に重り31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。CPU120 が動作モードに応じた駆動信号(たとえばパ� �ス幅変調信号)をモータ10に供給し、モータ10 の回転軸11を回転させると、回転軸11の回転� �伴って偏心軸30も回転するが、偏心軸30は重� ��がずれているために回転中心の回りに旋回� ��るような運動を行う。よって、偏心軸30の� �端が軸受32の内壁に対して微小な衝突を繰り 返し、ブラシ20を高速に振動(運動)させるこ� �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3 0が、モータ10の出力(回転)をブラシ20の振動� �変換する運動伝達機構(運動変換機構)の役割 を担う。

 (ブラシ部材の回転機構)
 本実施形態の電動歯ブラシは、ブラシ20のy� ��周りの向きを変更するために、ブラシ部材2 を本体1の外筐体1aに対して相対的に回転移動 させるアクチュエータ(回転手段)40を備えて� �る。図4A及び図4Bにアクチュエータ40の構成� �示す。図4Aは図4BのX-X断面図である。

 アクチュエータ40は、固定子41と回転子42� ��有する回転型のモータにより構成される。� ��定子41は本体1の外筐体1aに固定されており� �回転子42はモータ10のモータハウジング43に� �定されている。CPU120からアクチュエータ40に 制御信号が供給されると、その制御信号に応 じた角度だけ回転子42が回転する。なお、こ� ��実施形態では、回転子42の回転角は-180度~+18 0度の範囲内を想定している。回転子42の回転 に伴って、モータハウジング43及びモータ10� �回転し、さらに、モータ10の回転軸11に固定� ��れている内筐体1bも回転する。その結果、� �ラシ部材2が本体1に対して所望の角度だけ回 転し、ブラシ20の向きを変更することができ� ��。ここで、「ブラシの向き」とは、ブラシ� ��の法線方向、つまり、ブラシの毛先の方向� ��いい、「ブラシの向きを変更する」とは、� ��ラシの向きのy軸周りの回転角を変更するこ とをいう。

 このアクチュエータ40としては、ステッ� �ングモータなど公知の回転型モータを好ま� �く利用できる。なお、回転出力を得ること� �できればよいので、弧状の固定子を有する� �筒型リニアモータなども利用可能である。

 以上述べたように、本実施形態の電動歯� ��ラシは、ブラシ20を運動(振動)させるための モータ10と、ブラシ20の向き(ブラシ角)を制御 するためのアクチュエータ40の、2種類のアク チュエータを備えている。互いを区別するた めに、モータ10をブラシ駆動用アクチュエー� ��、アクチュエータ40をブラシ角制御用アク� �ュエータと称することもできる。

 (電動歯ブラシの動作)
 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、歯周ポケッ トなど)によって、食物残渣や歯垢の付き方� �異なり、部位ごとに効果的なブラシ角に違� �がある。また、同じ種類の歯であっても歯� �の右と左ではブラシの当て方が反対になる� �

 そこで、本実施形態の電動歯ブラシは、� ��速度センサ15で検出されたブラシの姿勢に� �づいてブラッシング部位を推定し、ブラッ� �ング部位に応じてブラシ角が最適値になる� �うアクチュエータ40を制御する。

 本実施形態では、図5に示すように、上下 の歯列を、「上顎前頬側」、「上顎前舌側」 、「上顎左頬側」、「上顎左舌側」、「上顎 左噛み合わせ面」、「上顎右頬側」、「上顎 右舌側」、「上顎右噛み合わせ面」、「下顎 前頬側」、「下顎前舌側」、「下顎左頬側」 、「下顎左舌側」、「下顎左噛み合わせ面」 、「下顎右頬側」、「下顎右舌側」、「下顎 右噛み合わせ面」、の16箇所の部位に区分す� ��。ただし、歯列の区分はこれに限らず、も� ��と大まかな区分でもよいし、より細かい区� ��でもよい。

 図6~図9のフローチャートを参照して、ブ� ��シ角の自動制御のフローを具体的に説明す� ��。図6はメインルーチンのフローチャートで あり、図7~図9はメインルーチンの各処理の詳 細を示すフローチャートである。なお、以下 に説明する処理は、特にことわりのない限り 、制御手段であるCPU120がプログラムに従って 実行する処理である。

 電動歯ブラシの電源がONになると、CPU120� �、モータ10を制御してブラシ20の駆動を開始� ��る(S10)。以下に述べるS20~S60の処理は一定時� ��ごとに繰り返し実行される。電動歯ブラシ� ��電源がOFFになるか、タイマによって計時さ� ��ていた継続動作時間が所定時間(たとえば2� �間)に達すると、S20~S60のループが終了し(継� �?;NO)、CPU120はブラシ20の駆動を停止する(S70)� �

 (S20:姿勢の検出)
 S20において、CPU120は、加速度センサ15の出� �に基づき電動歯ブラシ本体の姿勢を検出す� �。図7は姿勢検出処理(S20)のフローチャート� �ある。

 CPU120は、加速度センサ15からx、y、zそれ� �れの出力Ax、Ay、Azを取得する(S100)。Axはx方� �の加速度成分、Ayはy方向の加速度成分、Azは z方向の加速度成分を表す。歯ブラシが静止� �態にあるとき(加速度センサ15に動加速度が� �用していないとき)は、Ax、Ay、Azの合成ベク� ��ルAが重力加速度に相当する。ここでは、A=( Ax、Ay、Az)を姿勢ベクトルとよぶ。

 ここで、姿勢ベクトルA=(Ax、Ay、Az)の大き さが1.2g(gは重力加速度)より大きい場合は(S101 ;YES)、エラーを返す(S102)。加速度センサ出力� ��動加速度成分が多く含まれていると、重力� ��速度の方向(つまりブラシの三次元姿勢)を� �確に特定するのが難しくなるからである。� �お、S102のようにエラーを返すのではなく、� ��成ベクトルの大きさが1.2g以下となる加速度 センサ出力Ax、Ay、Azが得られるまでS100とS101� ��処理を繰り返すようにしてもよい。なお、� ��ラー判定の閾値は1.2gに限らず、他の値でも よい。

 (S30:ブラッシング部位の推定)
 図8、図9はブラッシング部位推定処理(S30)の フローチャートである。また図10、図11は、� �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。

 まずCPU120は、z方向の加速度センサの出力 Azに基づき、上顎か下顎かを判定する(S700)。� ��顎の歯列をブラッシングするときはブラシ� ��が少なからず上向きになり、下顎の歯列を� ��ラッシングするときはブラシ面が少なから� ��下向きになることに着目した判定である。A z>0の場合は下顎(S801)、Az≦0の場合は上顎(S7 01)と判定される。

 (1)上顎の場合
 CPU120は、y方向の加速度センサの出力Ayに基� ��いて前歯か否かを判定する(S702)。前歯をブ� ��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� �にならざるをえないことに着目した判定で� �る。Ay≦閾値aの場合は上顎前歯と判定され� �(S703)。

 上顎前歯と判定した場合、CPU120は、x方向 の加速度センサの出力Axに基づいて頬側か舌� ��かを判定する(S704)。頬側と舌側とではブラ� ��の向きが反転することに着目した判定であ� ��。Ax>0の場合は「上顎前頬側」と判定され (S705)、Ax≦0の場合は「上顎前舌側」と判定さ れる(S706)。

 一方、S702で上顎前歯でないと判定した場 合、CPU120は、x方向の加速度センサの出力Axに 基づいて噛み合わせ面か否かを判定する(S707) 。噛み合わせ面をブラッシングするときはブ ラシ面がほぼ水平になり、Axの出力が非常に� ��さくなることに着目した判定である。閾値b >Ax>閾値cの場合は「上顎左噛み合わせ面� ��たは上顎右噛み合わせ面」と判定される(S70 8)。なお、第1実施形態では、上顎左噛み合わ せ面と上顎右噛み合わせ面とをとくに区別し ていない。噛み合わせ面の場合、左右でブラ ッシング動作を変える必要性が小さいからで ある。

 Ax≧閾値bまたはAx≦閾値cの場合、CPU120は� ��Axが0より大きいか否かで、頬側か舌側かを� ��定する(S709)。頬側と舌側とではブラシの向� ��が反転することに着目した判定である。Ax&g t;0の場合は「上顎右頬側または上顎左舌側」 と判定され(S710)、Ax≦0の場合は「上顎左頬側 または上顎右舌側」と判定される(S711)。なお 、第1実施形態では、上顎右頬側と上顎左舌� �とをとくに区別していない。両部位のあい� �でブラシ角等を変える必要性が小さいから� �ある。上顎左頬側と上顎右舌側についても� �様である。

 (2)下顎の場合
 CPU120は、y方向の加速度センサの出力Ayに基� ��いて前歯か否かを判定する(S802)。前歯をブ� ��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� �にならざるをえないことに着目した判定で� �る。Ay≦閾値dの場合は下顎前歯と判定され� �(S803)。

 下顎前歯と判定した場合、CPU120は、x方向 の加速度センサの出力Axに基づいて頬側か舌� ��かを判定する(S804)。頬側と舌側とではブラ� ��の向きが反転することに着目した判定であ� ��。Ax<0の場合は「下顎前頬側」と判定され (S805)、Ax≧0の場合は「下顎前舌側」と判定さ れる(S806)。

 一方、S802で下顎前歯でないと判定した場 合、CPU120は、x方向の加速度センサの出力Axに 基づいて噛み合わせ面か否かを判定する(S807) 。噛み合わせ面をブラッシングするときはブ ラシ面がほぼ水平になり、Axの出力が非常に� ��さくなることに着目した判定である。閾値e >Ax>閾値fの場合は「下顎左噛み合わせ面� ��たは下顎右噛み合わせ面」と判定される(S80 8)。なお、第1実施形態では、下顎左噛み合わ せ面と下顎右噛み合わせ面とをとくに区別し ていない。噛み合わせ面の場合、左右でブラ ッシング動作を変える必要性が小さいからで ある。

 Ax≧閾値eまたはAx≦閾値fの場合、CPU120は� ��Axが0より大きいか否かで、頬側か舌側かを� ��定する(S809)。頬側と舌側とではブラシの向� ��が反転することに着目した判定である。Ax&g t;0の場合は「下顎右頬側または下顎左舌側」 と判定され(S810)、Ax≦0の場合は「下顎左頬側 または下顎右舌側」と判定される(S811)。なお 、第1実施形態では、下顎右頬側と下顎左舌� �とをとくに区別していない。両部位のあい� �でブラシ角等を変える必要性が小さいから� �ある。下顎左頬側または下顎右舌側につい� �も同様である。

 以上の処理によって、現在のブラッシン� ��部位が、「上顎前頬側」(S705)、「上顎前舌� ��」(S706)、「上顎噛み合わせ面」(S708)、「上� ��右頬側または上顎左舌側」(S710)、「上顎左� ��側または上顎右舌側」(S711)、「下顎前頬側� ��(S805)、「下顎前舌側」(S806)、「下顎噛み合� ��せ面」(S808)、「下顎右頬側または下顎左舌� ��」(S810)、「下顎左頬側または下顎右舌側」( S811)のいずれかに特定される。

 なお、上記判定アルゴリズムはあくまで� ��一例を示したものにすぎず、加速度センサ� ��出力Ax、Ay、Azからブラッシング部位を特定� ��きるのであればどのような判定アルゴリズ� ��でも構わない。たとえばAx、Ay、Azの値をそ� ��まま判定の変数として用いるのでなく、Ax� �Ay、Azを適宜組み合わせることで得られる2次 変数を判定に用いてもよい。2次変数は、た� �えば、Ay/Az、Ax・Ax+Ay・Ay、Az-Axなど、任意に� ��定できる。あるいは、各軸の加速度情報Ax� �Ay、Azを、図12に示すように角度情報(姿勢角) α、β、γに変換した後で、ブラッシング部位 を判定してもよい。図12の例では、重力加速� ��方向に対するx軸の角度をロール角α、重力� ��速度方向に対するy軸の角度をピッチ角β、� ��力加速度方向に対するz軸の角度をヨー角γ� ��ように定義している。判定に用いる閾値は� ��床実験等の結果から決定することができる� ��

 (S40~S60:ブラシ角の制御)
 S40において、CPU120は、S200で検出された姿勢 (加速度センサの出力)に基づいて現在のブラ� ��角の値を推定する。ブラシ角とは、歯軸(歯 の頭と根に沿った軸)に対するブラシの当た� �角のことである。ただし、S40の推定処理で� �、アクチュエータ40による内筐体1bの回転角� ��0度であり且つ歯軸が重力方向に一致すると 仮定した場合のブラシ角を算出する。なお、 ここでは0度から90度の範囲でブラシ角を表す ものとする。

 ブラシ角は、たとえば、z方向の加速度成 分Azから推定可能である。図13に示すように� �ブラシ角が約90度の場合はAzはほとんど0を示 し、ブラシ角が小さくなるほどAzの値が大き� ��なる、というようにブラシ角に応じてAzの� �が有意に変化するからである。なお、ブラ� �角に応じてx方向の加速度成分Axも変化する� �め、Azの代わりにAxからブラシ角を推定した� ��、AxとAzの両方(AxとAzの合成ベクトルの方向) からブラシ角を推定することも好ましい。ブ ラシ角は連続量で算出してもよいし、0度~10� �、10度~20度、・・・のように離散値で算出し てもよい。

 図14の上段はブラシ角=0度の状態、中段が ブラシ角=45度の状態、下段がブラシ角=90度の 状態を示している。噛み合わせ面を磨く場合 には、ブラシ角は約0度であることが好まし� �。また歯周ポケットや歯間から食物残渣や� �垢を効果的に掻き出すには、ブラシの毛先� �歯周ポケットや歯間に入り込むようにブラ� �を動かすとよく、ブラシ角は約45度であるこ とが好ましい。一方、ブラシ角を90度にする� ��、歯面に対して最も高い歯垢除去力を発揮� ��きる。

 このように、ブラッシング部位あるいは� ��望する刷掃効果などに依存して、最適なブ� ��シ角を定めることができる。ここでは、「� ��顎噛み合わせ面」と「下顎噛み合わせ面」� ��ブラシ角の最適値を0度、「上顎右頬側」、 「上顎左舌側」、「上顎左頬側」、「上顎右 舌側」、「下顎右頬側」、「下顎左舌側」、 「下顎左頬側」、「下顎右舌側」におけるブ ラシ角の最適値を45度、「上顎前頬側」、「� ��顎前舌側」、「下顎前頬側」、「下顎前舌� ��」におけるブラシ角の最適値を90度、のよ� �に設定した。これらの設定値は、メモリ121� �記憶されている。なお、ここで示したブラ� �角の最適値は一例にすぎず、どのように最� �値を設定してもよいし、また使用者が所望� �値に最適値を変更できることも好ましい。� �らには、「歯垢除去モード」と「歯周ポケ� �トモード」のように予め複数の設定値が用� �されており、使用者が歯垢除去モードを選� �すると噛み合わせ面以外のブラッシング部� �では「45度」の最適値が自動的に設定され、 歯周ポケットモードを選択すると噛み合わせ 面以外のブラッシング部位で「90度」の最適� ��が自動的に設定されるようにしてもよい。

 S50では、CPU120は、S40で得られた現在のブ� ��シ角の値と、S30で得られたブラッシング部� ��におけるブラシ角の最適値とを比較し、ブ� ��シ角が適切か否かを判定する。「45度」の� �うに最適値がある1つの値で定義されている� ��合は、現在値と最適値との差を評価すれば� ��い。もし「40度~50度」のように最適値が値� �で定義されている場合は、現在値がその値� �内にあるか否かを評価すればよい。

 ここで、ブラシ角が適切でないと判定さ� ��た場合(S50;NO)、CPU120は、ブラシ角の調整を� �う(S60)。具体的には、CPU120は、最適値と現在 値の差分を求め、その差分(角度)に相当する� ��御信号をアクチュエータ40に送出し、ブラ� �部材2を回転させる。これにより、ブラシ角� ��最適値になるようにブラシ20の向きが制御� �れる。

 以上述べた本実施形態の構成によれば、� ��動歯ブラシの姿勢に応じて自動的にブラシ� ��材2が回転しブラシ角が最適値になるよう制 御されるため、ブラッシング中に適切なブラ シ角を容易に実現することができ、良好な刷 掃効果を得ることができる。

 <第2実施形態>
 図15は、本発明の第2実施形態の電動歯ブラ� ��の構成を示している。第1実施形態と異なる 点は、外筐体1aと内筐体1bの間に、軸受44が設 けられている点である。この構成によれば、 内筐体1bの位置安定性が向上する。また内筐� ��1bの位置が安定することから、アクチュエ� �タ40の軸方向の長さを短くすることができ、 電動歯ブラシ本体1の小型化にも寄与する。

 <第3実施形態>
 図16は、本発明の第3実施形態の電動歯ブラ� ��の構成を示している。第1及び第2実施形態� �は、リード線を介してモータ10への電力供給 が行われていたのに対し、第3実施形態では� �電気的接続部45を介して駆動回路12からモー� ��10への電力供給が行われている点が異なる� �

 第1、第2実施形態のようにモータ10と駆動 回路12の間がリード線で接続されている構成� ��は、リード線のねじれや断線を防ぐために� ��アクチュエータ40の回転範囲を制限する必� �がある。一方、本実施形態の電気的接続部45 は、アクチュエータ40の回転角によらず、駆� ��回路側の電力供給ラインとモータ10の電極� �の電気的接続を確保するための回路構成で� �る。たとえばアクチュエータ40を360度以上回 転させる必要がある場合などに、この構成を 好適に利用することができる。

 図17は、電気的接続部45の一例として、整 流ブラシによる回路構成を模式的に示してい る。このような回路構成により、整流ブラシ の接触位置によらず(内筐体1bと外筐体1aの位� ��関係によらず)、一定方向の電流Iがモータ10 に流れるように、駆動回路12側からモータ10� �と電力を供給することができる。

 図18は、電気的接続部45の一例として、コ イルによる回路構成を模式的に示している。 このような回路構成により、電磁誘導によっ て駆動回路12側からモータ10へと電極を供給� �ることが可能である。

 <第4実施形態>
 第4実施形態では、ブラシ角が最適値である ことを報知する機能を設ける。具体的には、 図6のS50でブラシ角が適切であると判定され� �場合に、CPU120が、外筐体1aに設けられた発光 部(LEDなど)を発光させる。使用者は、発光部� ��点灯状態をみることで、ブラシ角が最適値� ��あることを容易に把握できる。

 ここで、S40で得られたブラシ角の現在値� ��S30で得られたブラッシング部位の最適値の� ��分に応じて、報知の仕方(発光色、点滅パタ ーンなど)を変えることも好ましい。これに� �り、アクチュエータ40によるブラシ角の調整 が不要な場合(本体1の姿勢が正しい状態)と、 アクチュエータ40によりブラシ角の調整が行� ��れた場合(本体1の姿勢は正しくない状態)と� ��区別がつくため、正しい姿勢を使用者に学� ��させることができる。

 なお、報知の方法は、光以外にも、音、� ��動、音声などを用いることができる。音の� ��合は、差分に応じて音の大きさやパターン� ��変えることができる。振動の場合は、差分� ��応じて振動の強さや長さを変えることがで� ��る。音声の場合は、たとえば、「あと30度� �らい傾けて下さい」「もう少し傾けてくだ� �い」「最適なブラシ角です」のような内容� �報知することができる。

 <第5実施形態>
 第5実施形態では、検出された姿勢に応じて 、ブラシ角だけでなく、ブラシの運動方向(� �体的にはモータ10の回転方向)、ブラシの運� �周波数(具体的にはモータ10の回転数)を変更� ��る。その他の構成については上述した実施� ��態のものと同様であるため、以下、本実施� ��態に特有の構成を中心に説明を行う。

 (振動特性)
 この電動歯ブラシでは、上述のように、偏� ��軸の旋回運動を利用してブラシの振動を発� ��させており、ブラシ20はモータ10の回転軸に 垂直な面内を楕円状の軌道を描いて振動する 。本発明者らは、振動数(モータ回転数)を変� ��させながらブラシの振動を観察し分析する� ��とによって、この電動歯ブラシが次のよう� ��振動特性を有することを見出した。

 (1)ブラシ部分が少なくとも2つの共振点(共� �振動数)を有している。
 (2)各共振点における共振の方向が異なる。� ��体的には、図19に示すように、振動数が低� �側の共振点(第1共振:約12500spm)ではブラシ面� �平行なx軸方向の振幅が増大する。振動数が� ��い側の共振点(第2共振:約38000spm)ではブラシ� ��に垂直なz軸方向の振幅が増大する。共振外 (たとえば約26500spm)では、ブラシはx軸(z軸)に� ��して斜め(約45度)の軌道を描く。なお、「spm 」は一分間あたりのスイング回数を表す単位 である。

 方向の異なる複数の共振が出現する理由� ��、電動歯ブラシの構造やその駆動原理に依� ��ところが大きいと考えられる。本発明者ら� ��、偏心軸やブラシの構成を変更しながら実� ��を繰り返すことで、第1共振点が主に運動伝 達機構に依存する特性であり、第2共振点が� �にブラシに依存する特性であるとの知見を� �ている。言い換えれば、運動伝達機構の構� �や形状(簡単には偏心軸の重りの位置、大き� ��、重量など)を変更することで第1共振点の� �動数や振幅を調整でき、また、ブラシの構� �や形状を変更することで第2共振点の振動数� ��振幅を調整できることが分かった。

 図20の上段がブラシ角=45度の状態を示し� �図20の下段がブラシ角=90度の状態を示してい る。また図20の左側はモータが正転の状態、� ��側はモータが反転の状態を示している。そ� ��て、それぞれの矢印はブラシの動き(振幅が 最も大きい方向)を表している。概略、第1共� ��ではブラシが横(x軸方向)に動き、第2共振で はブラシが縦(z軸方向)に動き、共振外ではブ ラシが斜めに動く。

 歯周ポケットや歯間から食物残渣や歯垢� ��効果的に掻き出すには、ブラシの毛先が歯� ��ポケットや歯間に入り込むようにブラシを� ��かすとよい。すなわち、ブラシの動く方向� ��歯軸に対して斜め(たとえば45度)になること が好ましい。したがって、図20の例では、ブ� ��シ角が45度の場合は、第2共振の動きが最適� ��あることがわかる。一方、ブラシ角が90度� �場合、下顎右舌側ではモータ正転の共振外� �動きが最適であり、下顎右頬側ではモータ� �転の共振外の動きが最適であることがわか� �。なお、同様の考え方に従って、ブラッシ� �グ部位とブラシ角の組み合わせのそれぞれ� �対する最適な動作モード(モータ回転方向と� ��ラシ振動数)を決定することができる。

 図21は本実施形態の動作モード切替処理� �フローチャートである。この処理は、たと� �ば図6のS60の後などに実行される。

 CPU120は、S30で得られたブラッシング部位� ��S40で得られたブラシ角(又はブラシ角の最適 値)を、前回の処理の時のブラッシング部位� �よびブラシ角と比較することで、ブラッシ� �グ部位もしくはブラシ角が変化したか否か� �チェックする(S1800)。なお前回の処理の時の� ��ラッシング部位とブラシ角はメモリに記憶� ��れている。

 ブラッシング部位もしくはブラシ角が変� ��した場合(S1800;YES)、CPU120は、現在のブラッ� �ング部位が「下顎左頬側、下顎右舌側、上� �左舌側、上顎右頬側」の第1グループと、「� ��顎右頬側、下顎左舌側、上顎右舌側、上顎� ��頬側」の第2グループのいずれに該当するか を判定する(S1801)。そして第1グループの場合� ��、CPU120は、モータの回転方向を正転にする( S1802)。第2グループの場合、CPU120は、モータ� �回転方向を反転にする(S1803)。さらにCPU12は� �ブラシ角が45度の場合にブラシの振動数を第 2共振(高速)に制御し(S1804、S1805)、ブラシ角が 90度の場合にブラシの振動数を共振外(中速)� �制御する(S1806)。

 以上述べた本実施形態の制御によれば、� ��ラッシング部位とブラシ角の情報に基づき� ��歯間や歯周ポケットのブラッシングに最適� ��ブラシ毛先の動きを実現でき、より一層の� ��垢除去力の向上を図ることができる。

 なお、この実施形態では、ブラシの運動� ��向と運動周波数の両方を制御したが、いず� ��か一方のみを制御する構成も好ましい。た� ��えば、歯肉が過敏な部位については、運動� ��波数を低くしてブラッシング強度を弱めに� ��、逆に高い刷掃効果が望まれる部位につい� ��は、運動周波数を高くしてブラッシング強� ��を強めにすることができる。これにより刷� ��効果と施療感の向上を図ることができる。� ��た、歯ブラシの振動機構はyz平面に関して� �称であるため、モータの回転方向を逆転す� �と、ブラシはyz平面に関して対称な軌道を描 く。よって、ブラシの毛先が歯周ポケットか ら歯垢を掻き出す方向に動くように、ブラッ シング部位に応じてモータの回転方向を切り 替えるとよい。

 <第6実施形態>
 第6実施形態は、1軸の加速度センサにより� �ラッシング部位およびブラシ角の推定を行� �構成を採用する。

 図22上段は、頬側または舌側の歯面をブ� �ッシングしている状態を示している。この� �き、ブラシ角(ヨー角γ)は約90度になり、重� �加速度のx軸方向成分は約1gもしくは-1gとな� �(正負は歯列の左右に対応する)、重力加速度 のz軸方向成分はほぼ0となる。一方、図22下� �は、噛み合わせ面をブラッシングしている� �態を示している。このとき、ブラシ角(ヨー� ��γ)はほぼ0度になり、重力加速度のx軸方向� �分はほぼ0となり、重力加速度のz軸方向成分 は約1gもしくは-1gとなる(正負は歯列の上下に 対応する)。

 このような特性を利用すれば、x軸の加速 度センサまたはz軸の加速度センサのみでも� �「頬側または舌側の歯面」か「噛み合わせ� �」かの判別や、さらには左右上下の判別も� �能である。そして、前述の実施形態と同じ� �、x軸またはz軸の加速度センサ出力からブラ シ角を算出可能である。ブラッシング部位と ブラシ角が推定された後の処理は、前述の実 施形態と同様である。

 <第7実施形態>
 第7実施形態の電動歯ブラシは、電動歯ブラ シの使用後にブラシ部材を初期位置に復帰さ せる自動復帰機能を有している。その他の構 成は上述した実施形態のものと同様である。

 図23のフローチャートに示すように、ス� �ッチ操作により電動歯ブラシの電源がOFFさ� �るか、タイマによって計時されていた継続� �作時間が所定時間(たとえば2分間)に達する� �、S20~S60のループが終了し(継続?;NO)、ブラシ� ��駆動が停止する(S70)。その後、S230において� ��CPU120がアクチュエータ40を制御し、ブラシ� �材2の角度(ブラシの向き)を初期位置(ホーム� ��ジション)に戻す。本実施形態では、ブラシ 面が電動歯ブラシ本体のスイッチSと同じ側� �向いている状態(図2参照)を初期位置と定め� �いる。

 このような自動復帰機能によれば、ブラ� ��の向きが初期位置からずれた状態で歯磨き� ��終えた場合でも、次回の歯磨き開始までに� ��ラシの向きが自動的に初期位置に復帰する� ��よって、次回の歯磨き開始時に、より素早� ��最適なブラシ角に至らしめることが可能と� ��る。

 なお、電動歯ブラシが充電器100に置かれ� ��ことを検知して、ブラシ部材を初期位置に� ��すような制御も好ましい。また、電源OFFや� ��イマによる自動停止の後、すぐに歯磨きが� ��開される可能性があることを考慮し、電源O FF等を検知してから所定時間(例えば1分)経過� ��に、ブラシ部材を初期位置に復帰させるよ� ��にすることも好ましい。

 また、この実施形態では、電動歯ブラシ� ��使用終了後に自動復帰処理を実行したが、� ��動歯ブラシの使用開始時(たとえば、電源が ONされた時、電動歯ブラシが充電器100から取� ��外された時など)に自動復帰処理を実行して も、同様の作用効果が得られる。

 <その他>
 上述した実施形態の構成は本発明の一具体� ��を例示したものにすぎない。本発明の範囲� ��上記実施形態に限られるものではなく、そ� ��技術思想の範囲内で種々の変形が可能であ� ��。たとえば、上述した各実施形態の構成を� ��いに組み合わせることも好ましい。また、� ��記実施形態では、偏心分銅による振動方式� ��電動歯ブラシを例示したが、本発明は他の� ��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� ��シ毛回転運動やそれらを切り替えて組み合� ��せた電動歯ブラシにおいても適用可能であ� ��。また、充電式でなく、乾電池式や電源コ� ��ドを接続して使用するタイプの電動歯ブラ� ��にも本発明を適用可能である。

 また、ブラシの姿勢検出の精度とブラッ� ��ング部位やブラシ角の推定精度をさらに高� ��るために、加速度センサとジャイロスコー� ��の出力から、基準位置に対するブラシの移� ��量や相対姿勢を算出することも好ましい。� ��準位置については、電源ONの時点の姿勢を� �準位置に設定してもよいし、あるいは、使� �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� �に構えブラシを上顎前頬側に当てた状態で� �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� �x軸方向、y軸方向、z軸方向それぞれの動加� �度成分を二階積分することにより算出する� �とができる。ただし、移動量を算出する際� �、歯ブラシの座標系xyzを、重力加速度方向� �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� ��とにX、Y、Zそれぞれの移動距離を算出し累� ��していくことにより、基準位置(初期位置)� �対する相対位置を割り出すことができる。� �して、基準位置に対する相対位置がわかれ� �、上述した実施形態よりもさらに正確かつ� �細にブラッシング部位を同定することが可� �である。さらに、磁気センサなどから得ら� �る方位情報を利用してブラシの位置を算出� �ることも好ましい。なお、加速度センサ出� �から動加速度成分を抽出するには、ハイパ� �フィルタなどのバンドパスフィルタを用い� �ことができる。このとき、ブラシの振動に� �るノイズを除去するために、ブラシの駆動� �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� �うの手)を登録させ、登録された利き手に応� ��てブラッシング部位の判定アルゴリズムを� ��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。

 また、ブラシ部材2の先端部分設けた小型 カメラで口腔内を撮影し、その画像情報をブ ラシの姿勢検出に活用してもよい。さらに、 ブラシ部材2の先端部分に温度センサや光セ� �サを設け、それらの検出結果をブラシの姿� �検出に活用することもできる。