(57)【要約】  ブラシヘッド（１２）、電気歯ブラシ（１０）、及び電気歯ブラシを作動させる方法。電気歯ブラシ（１０）は、ベース構造から延びる剛毛を含む。複数の房（２０）が、互いに束ねられた剛毛（２３）の別個のグループとして形成される。センサアセンブリ（２８）が、房の各々について、房の各々に加えられる力を表す信号を生成するように構成される。コントローラ（１８）が、房の各々に加えられる力の分布を表す房シグネチャを生成するように構成される。次に、この房シグネチャは、ユーザの口内の場所、角度、及び加えられる力のような、ブラッシングパラメータを決定するよう、適切なアルゴリズムによって分類される。
2021522936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気歯ブラシのためのブラシヘッドであって、
ベース構造から延びる剛毛と、
房のアレイであって、各房は、互いに束ねられた前記剛毛の別個のグループとして形成される、房のアレイと、
前記房の各々について、前記房の各々に加えられる力を表す信号を生成するように構成される、センサアセンブリとを含む、
ブラシヘッド。
【請求項２】
前記房の各々は、前記力に応答して前記ベース構造に対して移動可能であり、前記センサアセンブリは、前記力が閾値を超えるときに前記信号を生成する電気接続部を選択的に形成するように構成される、請求項１に記載のブラシヘッド。
【請求項３】
前記ベース構造は、導電性要素が取り付けられる剛性プラテンと、前記房が埋め込まれる可撓性層とを含み、該可撓性層の弾性は、前記房が前記ベース構造に対して動くのを可能にする、請求項２に記載のブラシヘッド。
【請求項４】
前記房の各々は、前記力が前記閾値を超えるときに移動させられて前記導電性要素と接触する導電性表面を備える、請求項３に記載のブラシヘッド。
【請求項５】
前記力が前記閾値を超えるときに前記房のうちの対応する房によって押されて前記導電性要素と接触する、前記房の１つ以上の房のための導電性層を更に含む、請求項３に記載のブラシヘッド。
【請求項６】
前記導電性要素は、不連続的な要素であり、前記電気接続部は、前記不連続的な要素を電気的に接続する、請求項３に記載のブラシヘッド。
【請求項７】
前記不連続的な要素は、２つの平面的な半体又は２つの隆起パッドを含む、請求項６に記載のブラシヘッド。
【請求項８】
請求項１に記載のブラシヘッドと、前記房の前記アレイに亘って加えられる前記力の分布を表す房シグネチャを生成するように構成されるコントローラとを含む、電気歯ブラシ。
【請求項９】
前記コントローラは、前記房シグネチャに依存してユーザの歯に対する前記ブラシヘッドの角度を分類するように構成される、請求項９に記載の電気歯ブラシ。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記房シグネチャに依存して前記ブラシヘッドによってユーザの歯に対して加えられる圧力を分類するように構成される、請求項９に記載の電気歯ブラシ。
【請求項１１】
前記房シグネチャは、複数の訓練房シグネチャと、現在の房シグネチャとを含み、前記コントローラは、訓練プロセスの間に、前記訓練房シグネチャの各々をユーザの口内の特定の場所に関連付けるシグネチャマップを作り出すように構成され、前記コントローラは、使用中に、前記現在の房シグネチャを前記シグネチャマップと比較することによって前記ユーザの口内の前記ブラシヘッドの場所を決定するように構成される、請求項９に記載の電気歯ブラシ。
【請求項１２】
前記コントローラは、位置センサから位置データを受信し、該位置データを前記房シグネチャと融合させて、ユーザの口内の前記ブラシヘッドの決定される位置を再較正又は検証する、ように構成される、請求項９に記載の電気歯ブラシ。
【請求項１３】
電気歯ブラシを作動させる方法であって、
前記電気歯ブラシのブラシヘッドの複数の房の各々に対する力を受け取ること、
前記房の各々について、前記房の各々に個々に加えられる前記力を表す信号を生成すること、及び
前記房に加えられる前記力の分布を表す房シグネチャを生成することを含む、
方法。
【請求項１４】
前記房は、前記力に応答して前記ブラシヘッドのベース構造に対して移動可能な常開スイッチとして構成され、前記生成することは、前記房のうちの所与の房との電気接続部を形成して、前記力が前記房のその所与の房についての閾値を超えるときに、前記信号を生成することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ユーザの口内の前記ブラシヘッドの位置、前記ユーザの歯に対する前記ブラシヘッドの角度、及び前記ユーザによって加えられるブラッシング力のうちの少なくとも１つを、前記房シグネチャから決定することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的に、電気歯ブラシに向けられており、より具体的には、電気歯ブラシを使用するときのブラッシング(歯磨き)パラメータを決定するシステム及び方法に向けられている。
【背景技術】
【０００２】
ブラッシング技法及びコンプライアンスは、口腔健康の主要な指標である。歯科専門家は指導を提供するが、一般的には、患者のブラッシング技法の評価について自己報告に依存する。同様に、個人は、上手くブラッシングを行おうとするが、２年に１回の検診を受けるまでフィードバックを受けないことが多い。各ブラッシングセッションの間に、ユーザは、正しい角度で適切な量の圧力を加えて、ユーザの歯又は歯肉を損傷することなく、十分な歯垢除去のために全ての歯表面をカバーしなければならない。
【０００３】
現在の歯ブラシの１つの課題は、口内のエンドエフェクタ（剛毛）の場所を解決することである。例えば、慣性運動ユニット（加速度計、ジャイロスコープ、磁力計など）は、加速度から位置への二重積分における誤差に起因するドリフト(drift)に曝される。また、歯ブラシユーザの上顎及び下顎は、近接近していることがあり、それらの間を区別することが困難である。更に、感圧歯ブラシは、ユーザのブラッシングが激しすぎるかどうかを識別するのに役立つが、ハンドルで測定される全体的に加えられる力に依存する。その結果、頬で歯ブラシヘッドを歯に押しつけるユーザについてのような幾つかの状況では、圧力が正確に決定されないことがある。加えて、ユーザの歯に対する歯ブラシの角度を決定することは別の課題である。何故ならば、ユーザは、一般的には、ブラッシングしている間に歯ブラシに対して頭を動かすので、ユーザの歯の向きが歯ブラシに知られていないからである。その結果、ユーザは、所定のルーチンに従うこと、又はユーザの口内の歯ブラシの剛毛状の端(bristled  end)の場所を最も正確にトラッキング(追跡)するためにカメラの前でブラッシングすることを要求される場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、ユーザの歯に加えられる圧力、及びユーザの歯に対する歯ブラシの剛毛状の端の場所、角度、及び／又は向きのような、ブラッシングパラメータをより正確にモニタリング(監視)する必要性が、当技術分野に引き続き存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、発明的な電気歯ブラシに向けられており、より詳細には、ブラッシング(歯磨き)中に電気歯ブラシのブラシヘッドの圧力、角度、及び場所のようなブラッシングパラメータを決定するシステム及び方法に向けられている。歯ブラシは、剛毛の多くの個々の房で構成されている。各歯の幾何学的形状は、場所及び人によって異なる。個々の房の幾何学的形状（例えば、サイズ、形状、長さ、材料、剛性など）は、特定の機能及び／又はユーザの口内の場所を標的とする。口内の任意の所定の場所で、房の総数のサブセット、例えば、１０〜２５％のみが、ユーザによって加えられる総圧力の不釣り合いな部分を支承するように設計されるか或いは期待される。その結果、使用中、房のアレイ(配列)に亘って加えられる圧力の分布は変化する。特定の歯ブラシユーザについて、圧力が集中する房のパターンは、口内の所与の場所、ブラシヘッドの角度、及び加えられる負荷について一意的又は特異的であることがある。
【０００６】
個々の房における力をモニタリング(監視)することができる、電気歯ブラシのための実施形態が開示される。個々の房に亘る力の分布を用いて、ブラッシング中の歯ブラシの剛毛状の端の場所、角度、及び／又は圧力のような、ブラッシングパラメータを示す、異なる房シグネチャを開発することができる。１つの実施形態において、房は、各々、閉じるために所定の軸力を必要とする常開スイッチを作り出すよう、センサアセンブリの一部として構成される。収集されるセンサデータから生成される房シグネチャ(tuft  signatures)は、ブラッシング中に提供され得るフィードバックを強化するために、アルゴリズムによって分析されることができ、且つ／或いは他のセンサからのデータと融合されることができる。例えば、ユーザの口内のブラシヘッドの場所、ブラシヘッドの角度、及び加えられる圧力の決定を、全て向上させることができる。
【０００７】
一般的には、１つの態様では、電気歯ブラシのためのブラシヘッドが、ベース構造から延びる剛毛と、房のアレイであって、各房は、互いに束ねられた剛毛の別個のグループとして形成される、房のアレイと、房の各々について、前記房の各々に加えられる力を表す信号を生成するように構成される、センサアセンブリとを含む。
【０００８】
１つの実施形態において、房の各々は、力に応答してベース構造に対して移動可能であり、センサアセンブリは、力が閾値を超えるときに信号を生成する電気接続部を選択的に形成するように構成される。
【０００９】
１つの実施形態において、ベース構造は、導電性要素が取り付けられる剛性プラテンと、房が埋め込まれる可撓性層とを含み、可撓性層の弾性は、房がベース構造に対して動くのを可能にする。１つの実施形態において、房の各々は、力が閾値を超えるときに移動させられて導電性要素と接触する導電性表面を備える。
【００１０】
１つの実施形態において、ブラシヘッドは、力が閾値を超えるときに房のうちの対応する房によって押されて導電性要素と接触する、房の１つ以上の房のための導電性層を更に含む。１つの実施形態において、導電性要素は、不連続的な要素であり、電気接続部は、不連続的な要素を電気的に接続する。１つの実施形態において、不連続的な要素は、２つの平面的な半体又は２つの隆起パッドを含む。
【００１１】
一般的に、別の態様では、電気歯ブラシが、請求項１に従ったブラシヘッドと、房のアレイに亘って加えられる力の分布を表す房シグネチャを生成するように構成されるコントローラとを含む。
【００１２】
１つの実施形態において、コントローラは、房シグネチャに依存してユーザの歯に対するブラシヘッドの角度を分類するように構成される。１つの実施形態において、コントローラは、房シグネチャに依存してブラシヘッドによってユーザの歯に対して加えられる圧力を分類するように構成される。
【００１３】
１つの実施形態において、房シグネチャは、複数の訓練房シグネチャと、現在の房シグネチャとを含み、コントローラは、訓練プロセスの間に、訓練房シグネチャの各々をユーザの口内の特定の場所に関連付けるシグネチャマップを作り出すように構成され、コントローラは、使用中に、現在の房シグネチャをシグネチャマップと比較することによってユーザの口内のブラシヘッドの場所を決定するように構成される。
【００１４】
１つの実施形態において、コントローラは、位置センサから位置データを受信し、位置データを房シグネチャと融合させて、ユーザの口内のブラシヘッドの決定される位置を再較正又は検証する、ように構成される。
【００１５】
一般的に、１つの実施形態では、電気歯ブラシを作動させる方法が、電気歯ブラシのブラシヘッドの複数の房の各々に対する力を受け取ること、房の各々について、房の各々に個々に加えられる力を表す信号を生成すること、及び房に加えられる力の分布を表す房シグネチャを生成することを含む。
【００１６】
１つの実施形態において、房は、力に応答してブラシヘッドのベース構造に対して移動可能な常開スイッチとして構成され、生成することは、房のうちの所与の房との電気接続部を形成して、力が房のその所与の房についての閾値を超えるときに、信号を生成することを含む。
【００１７】
１つの実施形態において、方法は、ユーザの口内のブラシヘッドの位置、ユーザの歯に対するブラシヘッドの角度、及びユーザによって加えられるブラッシング力のうちの少なくとも１つを、房シグネチャから決定することを更に含む。
【００１８】
前述の概念及び以下により詳細に議論する追加の概念の全ての組み合わせは、（そのような概念が相互に矛盾しない限り）、本明細書において開示する発明的な主題の一部であると考えられることが理解されるべきである。特に、この開示の末尾に現れる請求項の主題の全ての組み合わせは、本明細書に開示する発明的な主題の一部であると想定される。参照として援用されるいずれかの開示に現れることもある、本明細書において明示的に利用される専門用語には、本明細書に開示する特定の概念と最も一貫する意味が与えられるべきである。
【００１９】
図面において、同等の参照符号は、異なる図面を通じて同じ部分を概ね指す。また、図面は必ずしも縮尺通りでなく、代わりに本発明の原理を例示することに概ね重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本明細書に開示する１つの実施形態に従った電気歯ブラシを概略的に図示している。
【００２１】
【図２】本明細書に開示する１つの実施形態に従った複数の剛毛の房を有するブラシヘッドを図示している。
【００２２】
【図３Ａ】本明細書に開示する実施形態に従った歯ブラシのブラシヘッド用の剛毛の房の例を図示している。
【図３Ｂ】本明細書に開示する実施形態に従った歯ブラシのブラシヘッド用の剛毛の房の例を図示している。
【００２３】
【図４】本明細書に開示する１つの実施形態に従ったセンサアセンブリを形成するブラシヘッドのベース内の房の断面図である。
【００２４】
【図５】本明細書に開示する１つの実施形態に従った閉鎖状態に移行可能な常開スイッチを形成するために、房をどのように配置し得るかを図示する、ブラシヘッドのベース内の房の断面図である。
【００２５】
【図６】本明細書に開示する別の実施形態に従った歯ブラシのブラシヘッドのベース内に設置された房の断面図である。
【００２６】
【図７】本明細書の１つの実施形態に従ったセンサアセンブリの構成要素を示す側断面図及び頂面図である。
【００２７】
【図８】本明細書の１つの実施形態に従ったセンサアセンブリの構成要素を示す側断面図及び頂面図である。
【００２８】
【図９】本明細書に開示する１つの実施形態に従ったブラシヘッドの圧力及び／又は角度を決定するために電気歯ブラシを操作する方法及びシステムを記載するブロック図である。
【００２９】
【図１０Ａ】ブラッシング中のブラシヘッドの剛毛状の端の異なる角度及び／又は圧力を表すことがある或いはそれらと関連することがある様々な例示的な剛毛シグネチャを図示している。
【図１０Ｂ】ブラッシング中のブラシヘッドの剛毛状の端の異なる角度及び／又は圧力を表すことがある或いはそれらと関連することがある様々な例示的な剛毛シグネチャを図示している。
【図１０Ｃ】ブラッシング中のブラシヘッドの剛毛状の端の異なる角度及び／又は圧力を表すことがある或いはそれらと関連することがある様々な例示的な剛毛シグネチャを図示している。
【図１０Ｄ】ブラッシング中のブラシヘッドの剛毛状の端の異なる角度及び／又は圧力を表すことがある或いはそれらと関連することがある様々な例示的な剛毛シグネチャを図示している。
【図１０Ｅ】ブラッシング中のブラシヘッドの剛毛状の端の異なる角度及び／又は圧力を表すことがある或いはそれらと関連することがある様々な例示的な剛毛シグネチャを図示している。
【００３０】
【図１１】ブラッシング中のユーザの口内のブラシヘッドの剛毛状の端の異なる場所を表すことがある或いはそれらと関連することがある様々な例示的な房シグネチャを図示している。
【００３１】
【図１２】本明細書に開示する１つの実施形態に従ったブラシヘッドの場所を決定するために電気歯ブラシを操作する方法及びシステムを記載するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本開示は、電気歯ブラシの様々な実施形態を記載する。本出願人は、歯ブラシのブラシヘッドの剛毛の各々の個々の房に加えられる力をモニタリング(監視)するセンサアセンブリを備えて構成された電気歯ブラシを提供することが有益であることを認識し且つ理解した。本開示の特定の実施形態を利用する特定の目標は、ブラッシング(歯磨き)中の電気歯ブラシのブラシヘッドの圧力、角度、及び場所のような、ブラッシングパラメータをより正確に決定することである。
【００３３】
前述のことを考慮して、様々な実施形態及び実装が電気歯ブラシに向けられており、より具体的には、ブラッシング中の電気歯ブラシのブラシヘッドの圧力、角度、及び場所のような、ブラッシングパラメータを決定するシステム及び方法に向けられている。歯ブラシは、多数の個々の剛毛(bristles)の房(tufts)で構成されている。各歯の幾何学的形状は、場所及び人によって異なることがある。個々の房の幾何学的形状（例えば、サイズ、形状、長さ、材料、剛性など）は、特定の機能及び／又はユーザの口内の場所を標的とする。口内のいずれかの所与の場所で、房の総数のサブセット、例えば、１０〜２５％のみが、ユーザによって加えられる総圧力の不釣り合いな部分を支承するように設計されるか、或いはそのように期待される。その結果、使用中、房のアレイに亘って加えられる圧力の分布は変化する。特定の歯ブラシユーザについて、圧力が集中する房のパターンは、口内の所与の場所、ブラシヘッドの角度、及び加えられる荷重について特異又は特有であることがある。
【００３４】
個々の房での力をモニタリングすることができる電気歯ブラシの実施形態が開示されている。個々の房に亘る力の分布を用いて、ブラッシング中の歯ブラシの剛毛状の端(bristled  end)の場所、角度、及び／又は圧力を示す異なる房シグネチャ(tuft  signatures)を開発することができる。１つの実施形態において、房は、それぞれ、閉じるために所定の軸力を必要とする常開スイッチを作り出すために、センサアセンブリの一部として構成される。収集されるセンサデータから生成される房シグネチャをアルゴリズムによって分析し且つ／或いは他のセンサからのデータと融合して、ブラッシング中に提供することができるフィードバックを強化することができる。例えば、ユーザの口内のブラシヘッドの場所、ブラシヘッドの角度、及び加えられる圧力の決定を、全て向上させることができる。
【００３５】
図１を参照すると、ブラシヘッド１２とハンドルアセンブリ１４とを有する、１つの実施形態に従った電気歯ブラシ１０が図示されている。ブラシヘッド１２は、例えば、歯ブラシ１０が使用されている間にユーザの歯と係合して、ユーザの歯をブラッシングするために、ハンドルアセンブリ１４から遠位にある剛毛状の端１６を含む。例えば、ハンドルアセンブリ１４は、剛毛状の端１６でユーザの歯をブラッシングするのを補助するよう、ブラシヘッドの振動、往復動、又は他の動きを引き起こすように構成される、駆動アセンブリ（例えば、モータ）を含んでよい。ブラシヘッド１２は、例えば、歯ブラシ１０のための異なる機能を可能にするために、或いは、剛毛状の端１６が過度に使用されるか或いは消費されるや否やブラシヘッドを定期的に（例えば、３ヶ月毎に）交換するために、ユーザがブラシヘッド１２を交換するのを可能にするよう、ハンドルアセンブリ１４に取り外し可能に取り付け可能な、別個の構成要素であってよい。
【００３６】
歯ブラシ１０は、歯ブラシ１０の動作を制御するように構成されたコントローラ１８を含んでよい。例えば、コントローラ１８は、歯ブラシ１０のための１つ以上の異なる動作モードを可能にするように構成された対応するハードウェア（例えば、プロセッサ、メモリ、通信モジュール、位置センサなど）及びソフトウェア（例えば、アプリケーション、ファームウェアなど）を含んでよい。コントローラ１８の全体又はその一部は、ハンドルアセンブリ１４及び／又はブラシヘッド１２に含められてよく或いは埋め込まれてよい。コントローラ１８は、スマートフォン又はクラウドベースのサーバのような、１つ以上の外部又は遠隔デバイスとのデータ通信を可能にしてもよい。例えば、スマートフォン上のソフトウェアアプリケーションは、ユーザがグラフィカルユーザインタフェースなどを介して歯ブラシ１０とインタフェース接続するのを可能にするよう、歯ブラシ１０と関連付けられて、歯ブラシ１０のセンサによって収集されたデータを受信し且つ表示するように構成されてよい。コントローラ１８は、本明細書に記載するその機能性を提供するのを支援するために、このタイプの外部コンピューティングリソースによって少なくとも部分的に形成されてよく、或いは、さもなければそれらを利用しよいことが理解されるべきである。ブラシヘッド１２に埋め込まれた１つ以上のセンサから収集されるデータを格納及び分析する際のコントローラ１８の使用を以下により詳細に議論する。
【００３７】
歯ブラシ１０の剛毛状の端１６は、ブラシヘッド１２のベース２２から延びる複数の房２０に束ねられた多数の個々のフィラメント又は剛毛を含む。例えば、ブラシヘッド１２は、図２の実施形態において２０個の房２０を含む（房２０の各々は、点として概略的に示されている）。任意の数の房２０が含められてよいこと、及び任意の数の個々の剛毛が各房２０に含められてよいことが理解されるべきである。房２０の各々は、均一なサイズ及び形状を有してよく（例えば、各々が同じ形状又はパターンに配置された同じ数の剛毛を有してよく）、或いは、房２０の様々なものは、同じ又は異なる形状に束ねられたより多い又はより少ない数の剛毛を含んでよく、且つ／或いは、剛毛は、異なる長さ、材料、厚さ、又は構造を有してよい。
【００３８】
１つの実施形態において、房２０は、例えば、溶融、締付け、圧着、接着、又は締結によって、剛毛の一端を互いに固定することによって形成される。例えば、図３Ａに示すように、房２０Ａは、房２０Ａを別個の又は個々のユニットとして維持する一群の剛毛２３の周りに固定されたリング２４によって形成される。図３Ｂでは、房２０Ｂが、一群の剛毛２３を互いに融合（例えば、溶融、溶接など）することによって作り出される材料２５のスラグ(slug)を含む。房２０Ａ及び２０Ｂは、房２０についての具体的な例であること、並びに房２０に関するいかなる記述も、房２０Ａ及び２０Ｂの両方に概ね当て嵌まることが理解されるべきである。以下でより詳細に議論するように、剛毛の自由端に対向する房２０の表面（例えば、背面又は底面）は、導電性表面２６として提供される。リング２４、材料２５のスラグなどは、導電性表面２６を含む房２０を所望の形状、例えば、図３Ａの円形状、図３Ｂのダイヤモンド形状などに維持するのを助けることができるが、任意の他の形状が利用されてよい。従来の歯ブラシと同様に、リング２４及び／又は材料２５のスラグに対向する剛毛は、ブラッシングを容易にするために自由であってよく、或いは結合していないでよい。
【００３９】
図４は、センサアセンブリ２８を形成するために、ブラシヘッド１２のベース２２内に埋め込まれた(embedded)又は嵌め込まれた(potted)房２０のうちの１つの断面図を示している。この実施形態において、ベース２２は、剛性プラテン３２（例えば、硬質プラスチック）に固定される可撓性層３０（例えば、弾性的又は弾力的に変形可能なプラスチック）を含む。センサアセンブリ２８は、各房２０の導電性表面２６に対向するプラテン３２上に導電性要素３４を含む。可撓性層３０を形成する材料の弾性を用いて、導電性表面２６と導電性要素３４との間の空隙３６を維持することができる。
【００４０】
導電性表面２６及び導電性要素３４は、金属に房２０及びプラテン３２をコーティング又は被覆することによって或いはそれぞれの構成要素を他の方法で金属化するか又はそれぞれの構成要素のために金属要素を提供することによって形成されてよい。例えば、プラテン３２の金属化は、接点マスク（すなわち、金属堆積を導く表面上の物理的構造）又はフォトマスク（すなわち、紫外線への曝露を介してパターン化された感光ポリマ）を介して既存のポリマプラテンをパターン化することによって達成されてよい。房２０は、様々な異なる方法で金属化されてもよい。例えば、個々の房は、房２０を所定の場所に保持するために射出モデル化された(injection  modeled)可撓性層３０及びプラテン３２に対する位置決め前に金属化されてよい。１つの実施形態において、房は、先ず、層３０を形成する可撓性ポリマ中に嵌め込まれ、次に、金属が、房２０の底面に亘って堆積される。次に、このアセンブリは整列させられ、プラテン３２に接着される。個々の接点は、層３０の底又はプラテン３２の頂と（空隙３６を画定する）房２０の開始との間の段階的変化によって維持されてよい。１つの実施形態において、可撓性層３０は、金属層又は金属箔の添加を有するように予め形成される。房２０を挿入するとき、金属層は、房２０の周りを裂き、セグメント化されたパッドを達成する。
【００４１】
空隙３６は、多数の異なる方法で設定されてもよい。例えば、空隙３６は、可撓性層３０を形成する可撓性部品をプラテン３２に接着する前に、事前画定されてよい。１つの実施形態において、空隙３６は、溶解されるか或いは除去される、可撓性層３０とプラテン３２との間の追加的な材料の層によって形成される。１つの実施形態において、空隙３６は、対応する場所にある部品金型に空気を加えることによって設定される。１つの実施形態において、空隙３６は、各導電性構成要素の周りに気泡又はポケットを形成する（例えば、導電性要素３４のための）選択された金属材料に対する（例えば、可撓性層３０のための）選択されたポリマ材料の疎水性表面張力挙動によって維持される。
【００４２】
図５に示すように、可撓性層３０は、加えられる力３８（例えば、ユーザがユーザの歯に対してブラシヘッド１２の剛毛状の端１６を係合させることによって房２０に加えられる力）に応答して、各房２０が変位させられることを可能にしてもよい。加えられる力３８が十分に大きい（すなわち、可撓性層３０の固有の弾性を克服する）ならば、導電性表面２６は、導電性要素３４と接触させられ、それによって、電気接続を確立することができる。例えば、図示のように、空隙３６は、加えられる力３８の印加が可撓性層３０を弾性的に変形させて、房２０を量Δｘでシフトさせることによって、導電性表面２６及び導電性要素３４を互いに接触させることができるように、幅「ｘ」を有してよい。
【００４３】
上記のように、可撓性層３０の弾性を用いて、房２０を導電性要素３４から離れるように付勢(バイアス)することができる。結果的に、各房２０は、ベース２２内の各房の導電性表面２６及びそれぞれの導電性要素３４と共に、（ここでの議論を容易にするために、「房スイッチ」という用語が使用されることがある）常開スイッチとして作用するように構成される。このようにして、センサアセンブリ２８は、各房スイッチがこのように構成される房スイッチのアレイとして形成されてよい。導電性表面２６と導電性要素３４との間の電気接続は、例えば、コントローラ１８によって、電位（ΔＶ）、電流、抵抗、キャパシタンス、インピーダンスなどのような、電気接続に起因する電気パラメータの変化として識別されることができる。例えば、スイッチとして構成される各房２０は、コントローラ１８によって知られている一意のアドレスに割り当てられるか或いはそのようなアドレスと関連付けられることができる。以下でより詳細に議論するように、例えば、コントローラ１８によって、既知の場所又はアドレスを用いて、ユーザの口内でのブラッシング事象の間に剛毛状の端１６に加えられる力の分布をマッピングすることができる。
【００４４】
１つの実施形態では、可撓性層３０の材料特性及び寸法を選択して、加えられる力３８が各房２０を距離ｘだけ変位させるために必要とする値を設定することができる。換言すれば、房２０の材料特性及び寸法は、加えられる力３８がその房２０についての閾値Ｆｃｌｏｓｅを超えるときに、各房スイッチが閉構成に移行させられるに過ぎないように、閾値力Ｆｃｌｏｓｅを設定するように選択されることができる。例えば、そのような閾値力は、（例えば、ユーザの歯のエナメル質及び／又は歯肉を損傷することなくユーザの歯を十分に洗浄する）推奨されるブラッシング力又は圧力にほぼ等しいか或いはそれから導かれる力として設定されてよい。このようにして、センサアセンブリ２８は、房２０のうちのどれが閾値力Ｆｃｌｏｓｅに亘って加えられる力３８を受けるかを示す電気信号の有無に依存して、房２０の各々についての信号を生成するように構成される。
【００４５】
各房２０に加えられる力は、様々な方法で決定されることができることが理解されるべきであり、例えば、房２０Ｃの底面が導電性でない（すなわち、房２０Ｃが導電性表面２６を含まない）、房２０Ｃの代替的な実施形態が、図６に示されている。代わりに、金属化層又は導電層４０が、可撓性層３０上に、可撓性層３０内に、又は可撓性層を通じて提供され、空隙３６が、導電層４０と導電性要素３４との間に作り出される。別の例として、導電性構成要素のいずれか又は全部が除去されて、加えられる力を決定するように構成された力センサに置換されてよい。例えば、加えられる力に応答して電圧を生成する１つ以上の圧電素子が含められてよい。別の実施形態では、磁性構成要素が、房２０及び／又はベース２２に含められてよく、房２０が十分に高い力によって変位させられるときを検出するために、ホール効果センサが使用される。１つの実施形態では、可撓性層３０の代わりに又は可撓性層３０に加えて、別個の付勢要素、例えば、バネが含められてよく、それは、閾値閉鎖力がより具体的に設定されることを可能にする。当業者は、力を測定する或いは別の方法で決定するために使用することができる他のセンサアセンブリを理解するであろう。
【００４６】
１つの実施形態において、導電性要素３４は、不連続的な要素であり、例えば、図７に示すように、２つの半体４２ａ及び４２ｂを含む。このようにして、導電性表面２６が導電性要素３４と接触するとき、導電性表面２６は、前述の電気信号を作り出すために、半体４２ａ及び４２ｂの間の電気接続を完了する。図８に示すように、導電性要素３４は、図７の平面的な構造の代わりに、別個の隆起パッド４４ａ及び４４ｂを含んでよい。当業者は、これらが２つの例に過ぎないこと、及び導電性要素３４のための他の構造が可能であることを認識するであろう。例えば、導電性要素３４は、導電性要素３４及び導電性表面２６との間に電気的接触が行われるときに回路が完成するように、導電性要素３４及び導電性表面２６の各々に接続される電気回路の半分を備える、連続的な要素であってよい。
【００４７】
センサアセンブリ２８の構造に拘わらず、コントローラ１８は、各房２０の状態をモニタリングするように構成されることができる。例えば、房２０の各々が少なくとも部分的に常開スイッチを形成する実施形態に関して、コントローラ１８は、房２０のいずれが閉じた状態にあるかに対して房のいずれが開いているかをモニタリングするように構成されることができる。すなわち、コントローラ１８は、加えられる圧力がスイッチを閉じている場合には「１」を登録し、さもなければ「０」を登録してよい。圧電材料又は他の力センサを利用する実施形態において、コントローラ１８は、房の各々に加えられる力を検出するように構成されてよい。
【００４８】
図９は、房スイッチの状態を、例えば、ユーザの口内の剛毛状の端１６の角度、圧力、及び推定場所を決定又は検証するために、コントローラ１８によって分析することができる方法を示す、ブロック図である。ステップ４６において、コントローラ１８は、上述したように、センサアセンブリ２８から各房２０の状態（例えば、開いているスイッチについては「０」、閉じているスイッチについては「１」）を取得する。このステップにおいて、全ての房からの時間領域データは、ブラシヘッドから取得されてよい。上述のように、センサモダリティは、多数の異なる電気パラメータ（例えば、電圧、電流、抵抗、インピーダンス、キャパシタンス）であってよい。このステップでは、サンプリングの頻度（例えば、房スイッチの状態がチェックされる頻度）及びサンプルパケットの持続時間を設定する（すなわち、一度に１回のサンプリングサイクルを分析する或いは「ｎ」サイクルを一緒に分析する）ことができる。
【００４９】
所望であれば、ユーザの歯に対する剛毛状の端１６の角度が、ステップ４８において取得又は推定されてよい。例えば、ユーザの歯に対する剛毛の角度は、房２０に対する力の分布に影響を与えることがあり、従って、この入力は、異なる回転状態を識別及び／又は区別するのに有用であることがある。測定は、直接的（例えば、エンコーダ）又は間接的（例えば、電流の流れ(current  draw)のようなモータパラメータ）であってよい。
【００５０】
ステップ４６及び／又は４８で取得又は生成されるデータは、フィルタモジュール５０に給送されてよい。例えば、生の取得データは、ノイズが多い可能性が高く、よって、房スイッチの各々からの信号は、フィルタリングされることができる。１つの実施形態では、特定の最小接触持続時間閾値を上回る加えられる力に対応する信号のみが考慮される。例えば、約１〜１０ｍｓ未満に亘って感知される任意の接触、又は他の接触の持続時間は、廃棄されてよい。フィルタモジュール５０は、ステップ４８で集められたデータに基づいて、ブラシヘッド１２の角度に亘る異なる範囲に対応するデータの特定の部分をセグメント化するために、一連のフィルタを備えるように構成されてよい。
【００５１】
ステップ５２において、各房についての房シグネチャ(tuft  signature)が生成されてよい。房「シグネチャ」とは、任意の所与の瞬間又はサンプリングサイクルにおける各房２０の状態を示すためにアドレス指定されるセンサアセンブリ２８からの対応するデータを意味する。例えば、任意の所与の瞬間においてどの房スイッチが「開」及び「閉」であるかの特定の識別は、房シグネチャとして分析されることができる。房シグネチャは、回転角度及び加えられる圧力に依存して異なり、フィルタリングされたデータから推定又は決定され得ることに留意のこと。例えば、図１０Ａ〜図１０Ｅは、開（白い点）及び閉（黒い点）スイッチのパターンに基づく、様々な異なる房シグネチャを示している。すなわち、図１０Ａは、負荷なし（全てのスイッチが開いていること）を示しており、図１０Ｂは、（図１０Ｂの方向に関して）「左」側のみの負荷を示しており、図１０Ｃは、公称負荷（例えば、房スイッチの一部が閉じていること）を示しており、図１０Ｄは、（図１０Ｄの方向に関して）「右」側の負荷を示しており、図１０Ｅは、過剰負荷（例えば、スイッチの殆どが閉じており、高圧を示していること）を示している。
【００５２】
１つの実施形態において、回転の決定は、中立位置（剛毛はユーザの歯の表面に対して実質的に垂直に延びている）、ユーザの歯の表面に対して回転させられた「上方(up)」及び回転させられた「下方(down)」を画定する、少なくとも３つの状態にグループ化される。解決策が各々の状況について十分及び／又は所望であるならば、追加的な状態が含められてよい。各房スイッチの状態は、前述の回転グループのうちの１つの関数として推定されることができる。
【００５３】
房についてのシグネチャがひとたび生成されると、図９に示すように、シグネチャは、分類モジュール５４に回されることができる。所与の回転グループ又はグループの組み合わせからの房シグネチャは分析されて、分類される。接触パターンに基づいて、現在加えられている負荷が分類されることができる、例えば、ブラシヘッドの角度又は回転は、上に回転させられている、下に回転させられている、又は中心に配置されているとして決定されることができる。荷重がサイクル全体に亘って特定の側面に集中しているならば、ブラシはその方向において回転していると決定されることができる。例えば、ユーザの口のどちらの側にブラシヘッド１２が位置付けられているかに依存して、図１０Ｂ及び図１０Ｄのシグネチャは、回転させられた「上方」又は回転させられた「下方」のいずれかとして決定されることができる。何故ならば、一方の側のみに対する負荷は、その側面がユーザの歯に向かって回転させられることを示すからである。この決定は、ステップ４８において生成される角度データを補足するために使用されることができる。分類モジュール５４によって実行される分類は、非限定的に、発見的モデル(heuristic  models)、決定ツリー、ナイーブベイズ分類器(naive  Bayes  classifiers)、サポートベクトルマシン(support  vector  machine)、機械学習、及び／又は人工知能（ニューラルネットワーク、アンサンブルなど）のような、当技術分野で知られている或いは開発された任意の技術、技法、方法、又は仕方を使用して決定されることができる。
【００５４】
追加的な例として、加えられる圧力は、ステップ５６における房シグネチャに基づいて（例えば、分類モジュール５４又は他のアルゴリズムを用いて）決定されることができる。例えば、図１０Ａ（全てのスイッチが開いている）、図１０Ｃ（少数のスイッチのみが閉じている）、及び図１０Ｅ（殆どのスイッチが閉じている）から、低圧力、公称圧力、及び過剰圧力をそれぞれ決定することができる。閉じている房の数が特定の閾値を超える（例えば、約２５〜４０％の間の房スイッチが閉じている）ならば、コントローラ１８は、加えられる力３８が十分であると決定してよい一方で、これよりも少ないことは、ユーザが十分に強くブラッシングしていないことを示すことがあり、これよりも多いことは、ユーザが強くブラッシングし過ぎていることを示すことがある。更に、所与の房又は複数の房が、全回転範囲、ブラッシング事象、所定の時間の長さなどに亘って閉じたままであるならば、これは過度の圧力を示すこともある。何故ならば、剛毛は、掃引(sweeping)の代わりに釘付けされる(pinned)ことがある（すなわち、ユーザは、ブラッシングの代わりに「こすり洗い(scrubbing)」をしている）からである。
【００５５】
加えられる圧力を（例えば、上述のように、「低」、「公称」及び「過剰」のように）より一般的に分類することに加えて、房シグネチャを用いて加えられる圧力をより定量的に推定してもよい。すなわち、上述のように、設計及び製造プロセスによって、所与の房スイッチを閉じる圧力を制御することができるので、加えられる圧力を推定することができる。公称負荷状態では、所与の房シグネチャについて、加えられる圧力を、各房についての所要の閉じる力（例えば、閾値力Ｆｃｌｏｓｅ）及び／又は房の表面積の知識を用いて、閉鎖状態における数房の合計から簡単に推定することができる。例えば、容認できないほど大きなパーセンテージ（例えば、全て）又は小さなパーセンテージ（例えば、ゼロ(none)）の房が、閉じた状態を示していることの故に、加えられる圧力を推定できないならば、定量値の代わりに「過剰圧力」又は「不十分圧力」が出力として回されることができる。
【００５６】
１つの実施形態において、剛毛状の端１６の相対的な場所は、例えば、コントローラ１８によって、房シグネチャ、及び電気歯ブラシ１０に埋め込まれる且つ／或いは電気歯ブラシ１０に含められる、ＩＭＵ、光学近接センサなどのような位置センサの出力を使用して、データの融合としても提供される。
例えば、房シグネチャは、電気歯ブラシ１０に埋め込まれるＩＭＵからの複利誤差を補正するための基準測定値として使用されてよい。これは、（ユーザが通常ブラッシングするときに）時間の経過に亘ってユーザの歯のシグネチャマップを構築すること又はユーザの歯をブラシヘッドで初期的にスキャンすることのいずれかによって達成されてよい。後者において、ユーザは、モータが動作しない特定の歯に対してブラシヘッド１２を押圧及び回転させるために、及び／又は１つ以上のブラッシングセッションの間に特定の経路又はルーチンに従うようにガイドされてよい（例えば、印刷された命令、スマートフォンにインストールされたアプリケーションなどを介して命令されてよい）。これは口内の角度及び位置の関数としての房シグネチャのマップを形成する。
【００５７】
例えば、図１１は、ユーザの口内の異なる場所が、歯の幾何学的形状の故に、異なるパターンの接触（シグネチャ）をもたらす場合があることを示すシグネチャマップを概略的に図示している。コントローラ１８は、上記のような房シグネチャマップを構築するように訓練されることができる。このようにして、コントローラ１８は、任意の所与の瞬間にセンサアセンブリ２８によって感知される現在の房シグネチャを典型的なブラッシング条件の下でのユーザの口内の異なる場所と相関させることによって、ブラシヘッド１２の場所を推定することができる。
【００５８】
場所を決定する方法が、図１２のブロック図を考慮して理解されることができる。ステップ５８は、例えば、図１１に示すように、上述のようなセンサアセンブリ２８から房シグネチャを決定するステップを含む。現在の房シグネチャは、ユーザの口内の場所又は可能な場所を推定するために、その人のためのシグネチャマップと比較されることができる。ステップ６０は、コントローラ１８と通信するＩＭＵ又は他の位置センサからのような、位置データを取得するステップを含む。類似のシグネチャが多数の異なる場所についてのシグネチャマップにおいて開発されてよいが、任意の所与の時間における特定の場所に関する信頼性は、ステップ６０からのＩＭＵデータを追加的に考慮することによって高められ得ることに留意のこと。この目的を達成するために、ステップ６２は、ステップ５８及び６０からのデータを一緒に融合することを含み、それは、ブラシヘッド１２の剛毛状の端１６の現在場所のステップ６４における計算を導く。例えば、ＩＭＵ内のドリフトは、ステップ５８において提供される推定位置にセンサを定期的に再較正することによって補償されてよく、或いは、ステップ５８において決定される位置は、ステップ６０からのＩＭＵデータを用いて検証されることができる。
【００５９】
ステップ６４のための追加的な入力として、（例えば、他のユーザの測定値を集約することによって、臨床又は研究室設定において収集される）一般化された情報をステップ６６で提供して、融合されたＩＭＵ及び房シグネチャデータの分析を支援することができる。各々の現在のサイクルについて決定される場所を使用して、次のサイクルについての決定を知らせることができる。コントローラ１８の出力は、ユーザが強くブラッシングしすぎた、不適切に角度付けられた、見落とされた、或いは短すぎる時間が費やされたなどの領域を示すユーザの口の（例えば、コントローラ１８と通信するスマートフォンのスクリーン又はディスプレイを介した）グラフィカル表現を含んでよい。
【００６０】
有利には、このような再較正は、ユーザが事前設定された或いは命令されたブラッシングルーチン又は経路に従うことを必要とせずに、ユーザがブラッシング情報を正確に収集することを可能にする。例えば、コントローラ１８は、たとえユーザがユーザの口内の異なる場所の間で迅速に、突然に、又は急速に移行するとしても、剛毛状の端１６の場所を正確に識別することができ、ブラッシングセッションを任意の所望の場所で開始し、ブラッシング中に彼らの頭又は身体をあちこち動かすなどである。
【００６１】
幾つかの発明的な実施形態を本明細書に記載し且つ図示したが、当業者は、機能を実施し且つ／或いは結果及び／又は本明細書に記載する利点の１以上を得るための、様々な他の手段及び／又は構造を容易に考え付き、そのような変形及び／又は修正の各々は、本明細書に記載する発明的な実施形態の範囲内にあるとみなされる。より一般的には、当業者は、本明細書に記載する全てのパラメータ、寸法、材料、及び構成が、例示的であることを意図すること、並びに実際のパラメータ、寸法、材料、及び／又は構成が、発明的な教示が用いられる具体的な用途又は複数の用途に依存することを容易に理解するであろう。当業者は、ルーチン的実験を超えないものを用いて、本明細書に記載する具体的な発明的な実施形態についての多くの均等物を認識し、或いは確認することができるであろう。従って、前述の実施形態は、ほんの一例として提供されていること、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内で、発明的な実施形態は、具体的に記載され且つ特許請求されるものとは異なるように実施されてよいことが理解されるべきである。本開示の発明的な実施形態は、本明細書に記載する各々の個々の構成、システム、製品、材料、キット、及び／又は方法に向けられている。加えて、２つ以上のそのような構成、システム、製品、材料、キット、及び／又は方法のいずれの組み合せも、そのような構成、システム、製品、材料、キット、及び／又は方法が相互に矛盾しないならば、本開示の発明的な範囲内に含まれる。
【００６２】
本明細書及び特許請求の範囲において使用される「及び／又は」という語句は、そのように結合された要素の「一方又は両方」、すなわち、ある場合には結合的に存在し、他の場合には分離して存在する要素を意味すると理解されるべきである。「及び／又は」で列挙される複数の要素は、同じように、すなわち、そのように結合された要素の「１つ以上」と解釈されるべきである。特別に識別される要素に関連するか関連しないかに拘わらず、「及び／又は」という語句によって具体的に識別される要素以外の他の要素が任意的に存在してもよい。本明細書及び特許請求の範囲において使用されるとき、「又は」は、上記で定義した「及び／又は」と同じ意味を有すると理解されるべきである。
【００６３】
反対のことが明らかに示されていない限り、１つよりも多くのステップ又は行為を含む本明細書で特許請求するいずれの方法においても、方法のステップ又は行為の順序は、方法のステップ又は行為が引用される順序に必ずしも限定されないことも理解されるべきである。
【図１】
2021522936.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
2021522936.tif 000015
【図１０Ｄ】
2021522936.tif 000016
【図１０Ｅ】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年1月13日(2021.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気歯ブラシのためのブラシヘッドであって、
ベース構造から延びる剛毛と、
房のアレイであって、各房は、互いに束ねられた前記剛毛の別個のグループとして形成される、房のアレイと、
前記房の各々について、前記房の各々に加えられる力を表す信号を生成するように構成される、センサアセンブリとを含む、
ブラシヘッド。
【請求項２】
前記房の各々は、前記力に応答して前記ベース構造に対して移動可能であり、前記センサアセンブリは、前記力が閾値を超えるときに前記信号を生成する電気接続部を選択的に形成するように構成される、請求項１に記載のブラシヘッド。
【請求項３】
前記ベース構造は、導電性要素が取り付けられる剛性プラテンと、前記房が埋め込まれる可撓性層とを含み、該可撓性層の弾性は、前記房が前記ベース構造に対して動くのを可能にする、請求項２に記載のブラシヘッド。
【請求項４】
前記房の各々は、前記力が前記閾値を超えるときに移動させられて前記導電性要素と接触する導電性表面を備える、請求項３に記載のブラシヘッド。
【請求項５】
前記力が前記閾値を超えるときに前記房のうちの対応する房によって押されて前記導電性要素と接触する、前記房の１つ以上の房のための導電性層を更に含む、請求項３に記載のブラシヘッド。
【請求項６】
前記導電性要素は、不連続的な要素であり、前記電気接続部は、前記不連続的な要素を電気的に接続する、請求項３に記載のブラシヘッド。
【請求項７】
前記不連続的な要素は、２つの平面的な半体又は２つの隆起パッドを含む、請求項６に記載のブラシヘッド。
【請求項８】
請求項１に記載のブラシヘッドと、前記房の前記アレイに亘って加えられる前記力の分布を表す房シグネチャを生成するように構成されるコントローラとを含む、電気歯ブラシ。
【請求項９】
前記コントローラは、前記房シグネチャに依存してユーザの歯に対する前記ブラシヘッドの角度を分類するように構成される、請求項８に記載の電気歯ブラシ。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記房シグネチャに依存して前記ブラシヘッドによってユーザの歯に対して加えられる圧力を分類するように構成される、請求項８に記載の電気歯ブラシ。
【請求項１１】
前記房シグネチャは、複数の訓練房シグネチャと、現在の房シグネチャとを含み、前記コントローラは、訓練プロセスの間に、前記訓練房シグネチャの各々をユーザの口内の特定の場所に関連付けるシグネチャマップを作り出すように構成され、前記コントローラは、使用中に、前記現在の房シグネチャを前記シグネチャマップと比較することによって前記ユーザの口内の前記ブラシヘッドの場所を決定するように構成される、請求項８に記載の電気歯ブラシ。
【請求項１２】
前記コントローラは、位置センサから位置データを受信し、該位置データを前記房シグネチャと融合させて、ユーザの口内の前記ブラシヘッドの決定される位置を再較正又は検証する、ように構成される、請求項８に記載の電気歯ブラシ。
【請求項１３】
電気歯ブラシを作動させる方法であって、
前記電気歯ブラシのブラシヘッドの複数の房の各々に対する力を受け取ること、
前記房の各々について、前記房の各々に個々に加えられる前記力を表す信号を生成すること、及び
前記房に加えられる前記力の分布を表す房シグネチャを生成することを含む、
方法。
【請求項１４】
前記房は、前記力に応答して前記ブラシヘッドのベース構造に対して移動可能な常開スイッチとして構成され、前記生成することは、前記房のうちの所与の房との電気接続部を形成して、前記力が前記房のその所与の房についての閾値を超えるときに、前記信号を生成することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ユーザの口内の前記ブラシヘッドの位置、前記ユーザの歯に対する前記ブラシヘッドの角度、及び前記ユーザによって加えられる力のうちの少なくとも１つを、前記房シグネチャから決定することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的に、電気歯ブラシに向けられており、より具体的には、電気歯ブラシを使用するときのブラッシング(歯磨き)パラメータを決定するシステム及び方法に向けられている。
【背景技術】
【０００２】
ブラッシング技法及びコンプライアンスは、口腔健康の主要な指標である。歯科専門家は指導を提供するが、一般的には、患者のブラッシング技法の評価について自己報告に依存する。同様に、個人は、上手くブラッシングを行おうとするが、２年に１回の検診を受けるまでフィードバックを受けないことが多い。各ブラッシングセッションの間に、ユーザは、正しい角度で適切な量の圧力を加えて、ユーザの歯又は歯肉を損傷することなく、十分な歯垢除去のために全ての歯表面をカバーしなければならない。
【０００３】
現在の歯ブラシの１つの課題は、口内のエンドエフェクタ（剛毛）の場所を解決することである。例えば、慣性運動ユニット（加速度計、ジャイロスコープ、磁力計など）は、加速度から位置への二重積分における誤差に起因するドリフト(drift)に曝される。また、歯ブラシユーザの上顎及び下顎は、近接近していることがあり、それらの間を区別することが困難である。更に、感圧歯ブラシは、ユーザのブラッシングが激しすぎるかどうかを識別するのに役立つが、ハンドルで測定される全体的に加えられる力に依存する。その結果、頬で歯ブラシヘッドを歯に押しつけるユーザについてのような幾つかの状況では、圧力が正確に決定されないことがある。加えて、ユーザの歯に対する歯ブラシの角度を決定することは別の課題である。何故ならば、ユーザは、一般的には、ブラッシングしている間に歯ブラシに対して頭を動かすので、ユーザの歯の向きが歯ブラシに知られていないからである。その結果、ユーザは、所定のルーチンに従うこと、又はユーザの口内の歯ブラシの剛毛状の端(bristled  end)の場所を最も正確にトラッキング(追跡)するためにカメラの前でブラッシングすることを要求される場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、ユーザの歯に加えられる圧力、及びユーザの歯に対する歯ブラシの剛毛状の端の場所、角度、及び／又は向きのような、ブラッシングパラメータをより正確にモニタリング(監視)する必要性が、当技術分野に引き続き存在する。
【０００５】
特許文献１は、剛毛の房を有し、各房は孔内にスライド可能に固定される、ブラシを開示している。臨界値よりも大きい力がブラシに加えられるとき、マイクロスイッチがアクティブ化され、ユーザは過剰な力を加えることについて警告される。
【０００６】
特許文献２は、歯ブラシがユーザの口に入ると光を放射し得るが、取り除かれると停止する、可視的な発光歯ブラシを開示している。
【０００７】
特許文献３は、センサに連結される剛毛房を備え、センサは房によって加えられる圧力を感知することができる、口腔洗浄デバイスを開示している。
【０００８】
特許文献４は、３ポイント力感知システムを有する歯ブラシを開示している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、発明的な電気歯ブラシに向けられており、より詳細には、ブラッシング(歯磨き)中に電気歯ブラシのブラシヘッドの圧力、角度、及び場所のようなブラッシングパラメータを決定するシステム及び方法に向けられている。歯ブラシは、剛毛の多くの個々の房で構成されている。各歯の幾何学的形状は、場所及び人によって異なる。個々の房の幾何学的形状（例えば、サイズ、形状、長さ、材料、剛性など）は、特定の機能及び／又はユーザの口内の場所を標的とする。口内の任意の所定の場所で、房の総数のサブセット、例えば、１０〜２５％のみが、ユーザによって加えられる総圧力の不釣り合いな部分を支承するように設計されるか或いは期待される。その結果、使用中、房のアレイ(配列)に亘って加えられる圧力の分布は変化する。特定の歯ブラシユーザについて、圧力が集中する房のパターンは、口内の所与の場所、ブラシヘッドの角度、及び加えられる負荷について一意的又は特異的であることがある。
【００１０】
個々の房における力をモニタリング(監視)することができる、電気歯ブラシのための実施形態が開示される。個々の房に亘る力の分布を用いて、ブラッシング中の歯ブラシの剛毛状の端の場所、角度、及び／又は圧力のような、ブラッシングパラメータを示す、異なる房シグネチャを開発することができる。１つの実施形態において、房は、各々、閉じるために所定の軸力を必要とする常開スイッチを作り出すよう、センサアセンブリの一部として構成される。収集されるセンサデータから生成される房シグネチャ(tuft  signatures)は、ブラッシング中に提供され得るフィードバックを強化するために、アルゴリズムによって分析されることができ、且つ／或いは他のセンサからのデータと融合されることができる。例えば、ユーザの口内のブラシヘッドの場所、ブラシヘッドの角度、及び加えられる圧力の決定を、全て向上させることができる。
【００１１】
一般的には、１つの態様では、電気歯ブラシのためのブラシヘッドが、ベース構造から延びる剛毛と、房のアレイであって、各房は、互いに束ねられた剛毛の別個のグループとして形成される、房のアレイと、房の各々について、前記房の各々に加えられる力を表す信号を生成するように構成される、センサアセンブリとを含む。
【００１２】
１つの実施形態において、房の各々は、力に応答してベース構造に対して移動可能であり、センサアセンブリは、力が閾値を超えるときに信号を生成する電気接続部を選択的に形成するように構成される。
【００１３】
１つの実施形態において、ベース構造は、導電性要素が取り付けられる剛性プラテンと、房が埋め込まれる可撓性層とを含み、可撓性層の弾性は、房がベース構造に対して動くのを可能にする。１つの実施形態において、房の各々は、力が閾値を超えるときに移動させられて導電性要素と接触する導電性表面を備える。
【００１４】
１つの実施形態において、ブラシヘッドは、力が閾値を超えるときに房のうちの対応する房によって押されて導電性要素と接触する、房の１つ以上の房のための導電性層を更に含む。１つの実施形態において、導電性要素は、不連続的な要素であり、電気接続部は、不連続的な要素を電気的に接続する。１つの実施形態において、不連続的な要素は、２つの平面的な半体又は２つの隆起パッドを含む。
【００１５】
一般的に、別の態様では、電気歯ブラシが、請求項１に従ったブラシヘッドと、房のアレイに亘って加えられる力の分布を表す房シグネチャを生成するように構成されるコントローラとを含む。
【００１６】
１つの実施形態において、コントローラは、房シグネチャに依存してユーザの歯に対するブラシヘッドの角度を分類するように構成される。１つの実施形態において、コントローラは、房シグネチャに依存してブラシヘッドによってユーザの歯に対して加えられる圧力を分類するように構成される。
【００１７】
１つの実施形態において、房シグネチャは、複数の訓練房シグネチャと、現在の房シグネチャとを含み、コントローラは、訓練プロセスの間に、訓練房シグネチャの各々をユーザの口内の特定の場所に関連付けるシグネチャマップを作り出すように構成され、コントローラは、使用中に、現在の房シグネチャをシグネチャマップと比較することによってユーザの口内のブラシヘッドの場所を決定するように構成される。
【００１８】
１つの実施形態において、コントローラは、位置センサから位置データを受信し、位置データを房シグネチャと融合させて、ユーザの口内のブラシヘッドの決定される位置を再較正又は検証する、ように構成される。
【００１９】
一般的に、１つの実施形態では、電気歯ブラシを作動させる方法が、電気歯ブラシのブラシヘッドの複数の房の各々に対する力を受け取ること、房の各々について、房の各々に個々に加えられる力を表す信号を生成すること、及び房に加えられる力の分布を表す房シグネチャを生成することを含む。
【００２０】
１つの実施形態において、房は、力に応答してブラシヘッドのベース構造に対して移動可能な常開スイッチとして構成され、生成することは、房のうちの所与の房との電気接続部を形成して、力が房のその所与の房についての閾値を超えるときに、信号を生成することを含む。
【００２１】
１つの実施形態において、方法は、ユーザの口内のブラシヘッドの位置、ユーザの歯に対するブラシヘッドの角度、及びユーザによって加えられるブラッシング力のうちの少なくとも１つを、房シグネチャから決定することを更に含む。
【００２２】
前述の概念及び以下により詳細に議論する追加の概念の全ての組み合わせは、（そのような概念が相互に矛盾しない限り）、本明細書において開示する発明的な主題の一部であると考えられることが理解されるべきである。特に、この開示の末尾に現れる請求項の主題の全ての組み合わせは、本明細書に開示する発明的な主題の一部であると想定される。参照として援用されるいずれかの開示に現れることもある、本明細書において明示的に利用される専門用語には、本明細書に開示する特定の概念と最も一貫する意味が与えられるべきである。
【００２３】
図面において、同等の参照符号は、異なる図面を通じて同じ部分を概ね指す。また、図面は必ずしも縮尺通りでなく、代わりに本発明の原理を例示することに概ね重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本明細書に開示する１つの実施形態に従った電気歯ブラシを概略的に図示している。
【００２５】
【図２】本明細書に開示する１つの実施形態に従った複数の剛毛の房を有するブラシヘッドを図示している。
【００２６】
【図３Ａ】本明細書に開示する実施形態に従った歯ブラシのブラシヘッド用の剛毛の房の例を図示している。
【図３Ｂ】本明細書に開示する実施形態に従った歯ブラシのブラシヘッド用の剛毛の房の例を図示している。
【００２７】
【図４】本明細書に開示する１つの実施形態に従ったセンサアセンブリを形成するブラシヘッドのベース内の房の断面図である。
【００２８】
【図５】本明細書に開示する１つの実施形態に従った閉鎖状態に移行可能な常開スイッチを形成するために、房をどのように配置し得るかを図示する、ブラシヘッドのベース内の房の断面図である。
【００２９】
【図６】本明細書に開示する別の実施形態に従った歯ブラシのブラシヘッドのベース内に設置された房の断面図である。
【００３０】
【図７】本明細書の１つの実施形態に従ったセンサアセンブリの構成要素を示す側断面図及び頂面図である。
【００３１】
【図８】本明細書の１つの実施形態に従ったセンサアセンブリの構成要素を示す側断面図及び頂面図である。
【００３２】
【図９】本明細書に開示する１つの実施形態に従ったブラシヘッドの圧力及び／又は角度を決定するために電気歯ブラシを操作する方法及びシステムを記載するブロック図である。
【００３３】
【図１０Ａ】ブラッシング中のブラシヘッドの剛毛状の端の異なる角度及び／又は圧力を表すことがある或いはそれらと関連することがある様々な例示的な剛毛シグネチャを図示している。
【図１０Ｂ】ブラッシング中のブラシヘッドの剛毛状の端の異なる角度及び／又は圧力を表すことがある或いはそれらと関連することがある様々な例示的な剛毛シグネチャを図示している。
【図１０Ｃ】ブラッシング中のブラシヘッドの剛毛状の端の異なる角度及び／又は圧力を表すことがある或いはそれらと関連することがある様々な例示的な剛毛シグネチャを図示している。
【図１０Ｄ】ブラッシング中のブラシヘッドの剛毛状の端の異なる角度及び／又は圧力を表すことがある或いはそれらと関連することがある様々な例示的な剛毛シグネチャを図示している。
【図１０Ｅ】ブラッシング中のブラシヘッドの剛毛状の端の異なる角度及び／又は圧力を表すことがある或いはそれらと関連することがある様々な例示的な剛毛シグネチャを図示している。
【００３４】
【図１１】ブラッシング中のユーザの口内のブラシヘッドの剛毛状の端の異なる場所を表すことがある或いはそれらと関連することがある様々な例示的な房シグネチャを図示している。
【００３５】
【図１２】本明細書に開示する１つの実施形態に従ったブラシヘッドの場所を決定するために電気歯ブラシを操作する方法及びシステムを記載するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本開示は、電気歯ブラシの様々な実施形態を記載する。本出願人は、歯ブラシのブラシヘッドの剛毛の各々の個々の房に加えられる力をモニタリング(監視)するセンサアセンブリを備えて構成された電気歯ブラシを提供することが有益であることを認識し且つ理解した。本開示の特定の実施形態を利用する特定の目標は、ブラッシング(歯磨き)中の電気歯ブラシのブラシヘッドの圧力、角度、及び場所のような、ブラッシングパラメータをより正確に決定することである。
【００３７】
前述のことを考慮して、様々な実施形態及び実装が電気歯ブラシに向けられており、より具体的には、ブラッシング中の電気歯ブラシのブラシヘッドの圧力、角度、及び場所のような、ブラッシングパラメータを決定するシステム及び方法に向けられている。歯ブラシは、多数の個々の剛毛(bristles)の房(tufts)で構成されている。各歯の幾何学的形状は、場所及び人によって異なることがある。個々の房の幾何学的形状（例えば、サイズ、形状、長さ、材料、剛性など）は、特定の機能及び／又はユーザの口内の場所を標的とする。口内のいずれかの所与の場所で、房の総数のサブセット、例えば、１０〜２５％のみが、ユーザによって加えられる総圧力の不釣り合いな部分を支承するように設計されるか、或いはそのように期待される。その結果、使用中、房のアレイに亘って加えられる圧力の分布は変化する。特定の歯ブラシユーザについて、圧力が集中する房のパターンは、口内の所与の場所、ブラシヘッドの角度、及び加えられる荷重について特異又は特有であることがある。
【００３８】
個々の房での力をモニタリングすることができる電気歯ブラシの実施形態が開示されている。個々の房に亘る力の分布を用いて、ブラッシング中の歯ブラシの剛毛状の端(bristled  end)の場所、角度、及び／又は圧力を示す異なる房シグネチャ(tuft  signatures)を開発することができる。１つの実施形態において、房は、それぞれ、閉じるために所定の軸力を必要とする常開スイッチを作り出すために、センサアセンブリの一部として構成される。収集されるセンサデータから生成される房シグネチャをアルゴリズムによって分析し且つ／或いは他のセンサからのデータと融合して、ブラッシング中に提供することができるフィードバックを強化することができる。例えば、ユーザの口内のブラシヘッドの場所、ブラシヘッドの角度、及び加えられる圧力の決定を、全て向上させることができる。
【００３９】
図１を参照すると、ブラシヘッド１２とハンドルアセンブリ１４とを有する、１つの実施形態に従った電気歯ブラシ１０が図示されている。ブラシヘッド１２は、例えば、歯ブラシ１０が使用されている間にユーザの歯と係合して、ユーザの歯をブラッシングするために、ハンドルアセンブリ１４から遠位にある剛毛状の端１６を含む。例えば、ハンドルアセンブリ１４は、剛毛状の端１６でユーザの歯をブラッシングするのを補助するよう、ブラシヘッドの振動、往復動、又は他の動きを引き起こすように構成される、駆動アセンブリ（例えば、モータ）を含んでよい。ブラシヘッド１２は、例えば、歯ブラシ１０のための異なる機能を可能にするために、或いは、剛毛状の端１６が過度に使用されるか或いは消費されるや否やブラシヘッドを定期的に（例えば、３ヶ月毎に）交換するために、ユーザがブラシヘッド１２を交換するのを可能にするよう、ハンドルアセンブリ１４に取り外し可能に取り付け可能な、別個の構成要素であってよい。
【００４０】
歯ブラシ１０は、歯ブラシ１０の動作を制御するように構成されたコントローラ１８を含んでよい。例えば、コントローラ１８は、歯ブラシ１０のための１つ以上の異なる動作モードを可能にするように構成された対応するハードウェア（例えば、プロセッサ、メモリ、通信モジュール、位置センサなど）及びソフトウェア（例えば、アプリケーション、ファームウェアなど）を含んでよい。コントローラ１８の全体又はその一部は、ハンドルアセンブリ１４及び／又はブラシヘッド１２に含められてよく或いは埋め込まれてよい。コントローラ１８は、スマートフォン又はクラウドベースのサーバのような、１つ以上の外部又は遠隔デバイスとのデータ通信を可能にしてもよい。例えば、スマートフォン上のソフトウェアアプリケーションは、ユーザがグラフィカルユーザインタフェースなどを介して歯ブラシ１０とインタフェース接続するのを可能にするよう、歯ブラシ１０と関連付けられて、歯ブラシ１０のセンサによって収集されたデータを受信し且つ表示するように構成されてよい。コントローラ１８は、本明細書に記載するその機能性を提供するのを支援するために、このタイプの外部コンピューティングリソースによって少なくとも部分的に形成されてよく、或いは、さもなければそれらを利用しよいことが理解されるべきである。ブラシヘッド１２に埋め込まれた１つ以上のセンサから収集されるデータを格納及び分析する際のコントローラ１８の使用を以下により詳細に議論する。
【００４１】
歯ブラシ１０の剛毛状の端１６は、ブラシヘッド１２のベース２２から延びる複数の房２０に束ねられた多数の個々のフィラメント又は剛毛を含む。例えば、ブラシヘッド１２は、図２の実施形態において２０個の房２０を含む（房２０の各々は、点として概略的に示されている）。任意の数の房２０が含められてよいこと、及び任意の数の個々の剛毛が各房２０に含められてよいことが理解されるべきである。房２０の各々は、均一なサイズ及び形状を有してよく（例えば、各々が同じ形状又はパターンに配置された同じ数の剛毛を有してよく）、或いは、房２０の様々なものは、同じ又は異なる形状に束ねられたより多い又はより少ない数の剛毛を含んでよく、且つ／或いは、剛毛は、異なる長さ、材料、厚さ、又は構造を有してよい。
【００４２】
１つの実施形態において、房２０は、例えば、溶融、締付け、圧着、接着、又は締結によって、剛毛の一端を互いに固定することによって形成される。例えば、図３Ａに示すように、房２０Ａは、房２０Ａを別個の又は個々のユニットとして維持する一群の剛毛２３の周りに固定されたリング２４によって形成される。図３Ｂでは、房２０Ｂが、一群の剛毛２３を互いに融合（例えば、溶融、溶接など）することによって作り出される材料２５のスラグ(slug)を含む。房２０Ａ及び２０Ｂは、房２０についての具体的な例であること、並びに房２０に関するいかなる記述も、房２０Ａ及び２０Ｂの両方に概ね当て嵌まることが理解されるべきである。以下でより詳細に議論するように、剛毛の自由端に対向する房２０の表面（例えば、背面又は底面）は、導電性表面２６として提供される。リング２４、材料２５のスラグなどは、導電性表面２６を含む房２０を所望の形状、例えば、図３Ａの円形状、図３Ｂのダイヤモンド形状などに維持するのを助けることができるが、任意の他の形状が利用されてよい。従来の歯ブラシと同様に、リング２４及び／又は材料２５のスラグに対向する剛毛は、ブラッシングを容易にするために自由であってよく、或いは結合していないでよい。
【００４３】
図４は、センサアセンブリ２８を形成するために、ブラシヘッド１２のベース２２内に埋め込まれた(embedded)又は嵌め込まれた(potted)房２０のうちの１つの断面図を示している。この実施形態において、ベース２２は、剛性プラテン３２（例えば、硬質プラスチック）に固定される可撓性層３０（例えば、弾性的又は弾力的に変形可能なプラスチック）を含む。センサアセンブリ２８は、各房２０の導電性表面２６に対向するプラテン３２上に導電性要素３４を含む。可撓性層３０を形成する材料の弾性を用いて、導電性表面２６と導電性要素３４との間の空隙３６を維持することができる。
【００４４】
導電性表面２６及び導電性要素３４は、金属に房２０及びプラテン３２をコーティング又は被覆することによって或いはそれぞれの構成要素を他の方法で金属化するか又はそれぞれの構成要素のために金属要素を提供することによって形成されてよい。例えば、プラテン３２の金属化は、接点マスク（すなわち、金属堆積を導く表面上の物理的構造）又はフォトマスク（すなわち、紫外線への曝露を介してパターン化された感光ポリマ）を介して既存のポリマプラテンをパターン化することによって達成されてよい。房２０は、様々な異なる方法で金属化されてもよい。例えば、個々の房は、房２０を所定の場所に保持するために射出モデル化された(injection  modeled)可撓性層３０及びプラテン３２に対する位置決め前に金属化されてよい。１つの実施形態において、房は、先ず、層３０を形成する可撓性ポリマ中に嵌め込まれ、次に、金属が、房２０の底面に亘って堆積される。次に、このアセンブリは整列させられ、プラテン３２に接着される。個々の接点は、層３０の底又はプラテン３２の頂と（空隙３６を画定する）房２０の開始との間の段階的変化によって維持されてよい。１つの実施形態において、可撓性層３０は、金属層又は金属箔の添加を有するように予め形成される。房２０を挿入するとき、金属層は、房２０の周りを裂き、セグメント化されたパッドを達成する。
【００４５】
空隙３６は、多数の異なる方法で設定されてもよい。例えば、空隙３６は、可撓性層３０を形成する可撓性部品をプラテン３２に接着する前に、事前画定されてよい。１つの実施形態において、空隙３６は、溶解されるか或いは除去される、可撓性層３０とプラテン３２との間の追加的な材料の層によって形成される。１つの実施形態において、空隙３６は、対応する場所にある部品金型に空気を加えることによって設定される。１つの実施形態において、空隙３６は、各導電性構成要素の周りに気泡又はポケットを形成する（例えば、導電性要素３４のための）選択された金属材料に対する（例えば、可撓性層３０のための）選択されたポリマ材料の疎水性表面張力挙動によって維持される。
【００４６】
図５に示すように、可撓性層３０は、加えられる力３８（例えば、ユーザがユーザの歯に対してブラシヘッド１２の剛毛状の端１６を係合させることによって房２０に加えられる力）に応答して、各房２０が変位させられることを可能にしてもよい。加えられる力３８が十分に大きい（すなわち、可撓性層３０の固有の弾性を克服する）ならば、導電性表面２６は、導電性要素３４と接触させられ、それによって、電気接続を確立することができる。例えば、図示のように、空隙３６は、加えられる力３８の印加が可撓性層３０を弾性的に変形させて、房２０を量Δｘでシフトさせることによって、導電性表面２６及び導電性要素３４を互いに接触させることができるように、幅「ｘ」を有してよい。
【００４７】
上記のように、可撓性層３０の弾性を用いて、房２０を導電性要素３４から離れるように付勢(バイアス)することができる。結果的に、各房２０は、ベース２２内の各房の導電性表面２６及びそれぞれの導電性要素３４と共に、（ここでの議論を容易にするために、「房スイッチ」という用語が使用されることがある）常開スイッチとして作用するように構成される。このようにして、センサアセンブリ２８は、各房スイッチがこのように構成される房スイッチのアレイとして形成されてよい。導電性表面２６と導電性要素３４との間の電気接続は、例えば、コントローラ１８によって、電位（ΔＶ）、電流、抵抗、キャパシタンス、インピーダンスなどのような、電気接続に起因する電気パラメータの変化として識別されることができる。例えば、スイッチとして構成される各房２０は、コントローラ１８によって知られている一意のアドレスに割り当てられるか或いはそのようなアドレスと関連付けられることができる。以下でより詳細に議論するように、例えば、コントローラ１８によって、既知の場所又はアドレスを用いて、ユーザの口内でのブラッシング事象の間に剛毛状の端１６に加えられる力の分布をマッピングすることができる。
【００４８】
１つの実施形態では、可撓性層３０の材料特性及び寸法を選択して、加えられる力３８が各房２０を距離ｘだけ変位させるために必要とする値を設定することができる。換言すれば、房２０の材料特性及び寸法は、加えられる力３８がその房２０についての閾値Ｆｃｌｏｓｅを超えるときに、各房スイッチが閉構成に移行させられるに過ぎないように、閾値力Ｆｃｌｏｓｅを設定するように選択されることができる。例えば、そのような閾値力は、（例えば、ユーザの歯のエナメル質及び／又は歯肉を損傷することなくユーザの歯を十分に洗浄する）推奨されるブラッシング力又は圧力にほぼ等しいか或いはそれから導かれる力として設定されてよい。このようにして、センサアセンブリ２８は、房２０のうちのどれが閾値力Ｆｃｌｏｓｅに亘って加えられる力３８を受けるかを示す電気信号の有無に依存して、房２０の各々についての信号を生成するように構成される。
【００４９】
各房２０に加えられる力は、様々な方法で決定されることができることが理解されるべきであり、例えば、房２０Ｃの底面が導電性でない（すなわち、房２０Ｃが導電性表面２６を含まない）、房２０Ｃの代替的な実施形態が、図６に示されている。代わりに、金属化層又は導電層４０が、可撓性層３０上に、可撓性層３０内に、又は可撓性層を通じて提供され、空隙３６が、導電層４０と導電性要素３４との間に作り出される。別の例として、導電性構成要素のいずれか又は全部が除去されて、加えられる力を決定するように構成された力センサに置換されてよい。例えば、加えられる力に応答して電圧を生成する１つ以上の圧電素子が含められてよい。別の実施形態では、磁性構成要素が、房２０及び／又はベース２２に含められてよく、房２０が十分に高い力によって変位させられるときを検出するために、ホール効果センサが使用される。１つの実施形態では、可撓性層３０の代わりに又は可撓性層３０に加えて、別個の付勢要素、例えば、バネが含められてよく、それは、閾値閉鎖力がより具体的に設定されることを可能にする。当業者は、力を測定する或いは別の方法で決定するために使用することができる他のセンサアセンブリを理解するであろう。
【００５０】
１つの実施形態において、導電性要素３４は、不連続的な要素であり、例えば、図７に示すように、２つの半体４２ａ及び４２ｂを含む。このようにして、導電性表面２６が導電性要素３４と接触するとき、導電性表面２６は、前述の電気信号を作り出すために、半体４２ａ及び４２ｂの間の電気接続を完了する。図８に示すように、導電性要素３４は、図７の平面的な構造の代わりに、別個の隆起パッド４４ａ及び４４ｂを含んでよい。当業者は、これらが２つの例に過ぎないこと、及び導電性要素３４のための他の構造が可能であることを認識するであろう。例えば、導電性要素３４は、導電性要素３４及び導電性表面２６との間に電気的接触が行われるときに回路が完成するように、導電性要素３４及び導電性表面２６の各々に接続される電気回路の半分を備える、連続的な要素であってよい。
【００５１】
センサアセンブリ２８の構造に拘わらず、コントローラ１８は、各房２０の状態をモニタリングするように構成されることができる。例えば、房２０の各々が少なくとも部分的に常開スイッチを形成する実施形態に関して、コントローラ１８は、房２０のいずれが閉じた状態にあるかに対して房のいずれが開いているかをモニタリングするように構成されることができる。すなわち、コントローラ１８は、加えられる圧力がスイッチを閉じている場合には「１」を登録し、さもなければ「０」を登録してよい。圧電材料又は他の力センサを利用する実施形態において、コントローラ１８は、房の各々に加えられる力を検出するように構成されてよい。
【００５２】
図９は、房スイッチの状態を、例えば、ユーザの口内の剛毛状の端１６の角度、圧力、及び推定場所を決定又は検証するために、コントローラ１８によって分析することができる方法を示す、ブロック図である。ステップ４６において、コントローラ１８は、上述したように、センサアセンブリ２８から各房２０の状態（例えば、開いているスイッチについては「０」、閉じているスイッチについては「１」）を取得する。このステップにおいて、全ての房からの時間領域データは、ブラシヘッドから取得されてよい。上述のように、センサモダリティは、多数の異なる電気パラメータ（例えば、電圧、電流、抵抗、インピーダンス、キャパシタンス）であってよい。このステップでは、サンプリングの頻度（例えば、房スイッチの状態がチェックされる頻度）及びサンプルパケットの持続時間を設定する（すなわち、一度に１回のサンプリングサイクルを分析する或いは「ｎ」サイクルを一緒に分析する）ことができる。
【００５３】
所望であれば、ユーザの歯に対する剛毛状の端１６の角度が、ステップ４８において取得又は推定されてよい。例えば、ユーザの歯に対する剛毛の角度は、房２０に対する力の分布に影響を与えることがあり、従って、この入力は、異なる回転状態を識別及び／又は区別するのに有用であることがある。測定は、直接的（例えば、エンコーダ）又は間接的（例えば、電流の流れ(current  draw)のようなモータパラメータ）であってよい。
【００５４】
ステップ４６及び／又は４８で取得又は生成されるデータは、フィルタモジュール５０に給送されてよい。例えば、生の取得データは、ノイズが多い可能性が高く、よって、房スイッチの各々からの信号は、フィルタリングされることができる。１つの実施形態では、特定の最小接触持続時間閾値を上回る加えられる力に対応する信号のみが考慮される。例えば、約１〜１０ｍｓ未満に亘って感知される任意の接触、又は他の接触の持続時間は、廃棄されてよい。フィルタモジュール５０は、ステップ４８で集められたデータに基づいて、ブラシヘッド１２の角度に亘る異なる範囲に対応するデータの特定の部分をセグメント化するために、一連のフィルタを備えるように構成されてよい。
【００５５】
ステップ５２において、各房についての房シグネチャ(tuft  signature)が生成されてよい。房「シグネチャ」とは、任意の所与の瞬間又はサンプリングサイクルにおける各房２０の状態を示すためにアドレス指定されるセンサアセンブリ２８からの対応するデータを意味する。例えば、任意の所与の瞬間においてどの房スイッチが「開」及び「閉」であるかの特定の識別は、房シグネチャとして分析されることができる。房シグネチャは、回転角度及び加えられる圧力に依存して異なり、フィルタリングされたデータから推定又は決定され得ることに留意のこと。例えば、図１０Ａ〜図１０Ｅは、開（白い点）及び閉（黒い点）スイッチのパターンに基づく、様々な異なる房シグネチャを示している。すなわち、図１０Ａは、負荷なし（全てのスイッチが開いていること）を示しており、図１０Ｂは、（図１０Ｂの方向に関して）「左」側のみの負荷を示しており、図１０Ｃは、公称負荷（例えば、房スイッチの一部が閉じていること）を示しており、図１０Ｄは、（図１０Ｄの方向に関して）「右」側の負荷を示しており、図１０Ｅは、過剰負荷（例えば、スイッチの殆どが閉じており、高圧を示していること）を示している。
【００５６】
１つの実施形態において、回転の決定は、中立位置（剛毛はユーザの歯の表面に対して実質的に垂直に延びている）、ユーザの歯の表面に対して回転させられた「上方(up)」及び回転させられた「下方(down)」を画定する、少なくとも３つの状態にグループ化される。解決策が各々の状況について十分及び／又は所望であるならば、追加的な状態が含められてよい。各房スイッチの状態は、前述の回転グループのうちの１つの関数として推定されることができる。
【００５７】
房についてのシグネチャがひとたび生成されると、図９に示すように、シグネチャは、分類モジュール５４に回されることができる。所与の回転グループ又はグループの組み合わせからの房シグネチャは分析されて、分類される。接触パターンに基づいて、現在加えられている負荷が分類されることができる、例えば、ブラシヘッドの角度又は回転は、上に回転させられている、下に回転させられている、又は中心に配置されているとして決定されることができる。荷重がサイクル全体に亘って特定の側面に集中しているならば、ブラシはその方向において回転していると決定されることができる。例えば、ユーザの口のどちらの側にブラシヘッド１２が位置付けられているかに依存して、図１０Ｂ及び図１０Ｄのシグネチャは、回転させられた「上方」又は回転させられた「下方」のいずれかとして決定されることができる。何故ならば、一方の側のみに対する負荷は、その側面がユーザの歯に向かって回転させられることを示すからである。この決定は、ステップ４８において生成される角度データを補足するために使用されることができる。分類モジュール５４によって実行される分類は、非限定的に、発見的モデル(heuristic  models)、決定ツリー、ナイーブベイズ分類器(naive  Bayes  classifiers)、サポートベクトルマシン(support  vector  machine)、機械学習、及び／又は人工知能（ニューラルネットワーク、アンサンブルなど）のような、当技術分野で知られている或いは開発された任意の技術、技法、方法、又は仕方を使用して決定されることができる。
【００５８】
追加的な例として、加えられる圧力は、ステップ５６における房シグネチャに基づいて（例えば、分類モジュール５４又は他のアルゴリズムを用いて）決定されることができる。例えば、図１０Ａ（全てのスイッチが開いている）、図１０Ｃ（少数のスイッチのみが閉じている）、及び図１０Ｅ（殆どのスイッチが閉じている）から、低圧力、公称圧力、及び過剰圧力をそれぞれ決定することができる。閉じている房の数が特定の閾値を超える（例えば、約２５〜４０％の間の房スイッチが閉じている）ならば、コントローラ１８は、加えられる力３８が十分であると決定してよい一方で、これよりも少ないことは、ユーザが十分に強くブラッシングしていないことを示すことがあり、これよりも多いことは、ユーザが強くブラッシングし過ぎていることを示すことがある。更に、所与の房又は複数の房が、全回転範囲、ブラッシング事象、所定の時間の長さなどに亘って閉じたままであるならば、これは過度の圧力を示すこともある。何故ならば、剛毛は、掃引(sweeping)の代わりに釘付けされる(pinned)ことがある（すなわち、ユーザは、ブラッシングの代わりに「こすり洗い(scrubbing)」をしている）からである。
【００５９】
加えられる圧力を（例えば、上述のように、「低」、「公称」及び「過剰」のように）より一般的に分類することに加えて、房シグネチャを用いて加えられる圧力をより定量的に推定してもよい。すなわち、上述のように、設計及び製造プロセスによって、所与の房スイッチを閉じる圧力を制御することができるので、加えられる圧力を推定することができる。公称負荷状態では、所与の房シグネチャについて、加えられる圧力を、各房についての所要の閉じる力（例えば、閾値力Ｆｃｌｏｓｅ）及び／又は房の表面積の知識を用いて、閉鎖状態における数房の合計から簡単に推定することができる。例えば、容認できないほど大きなパーセンテージ（例えば、全て）又は小さなパーセンテージ（例えば、ゼロ(none)）の房が、閉じた状態を示していることの故に、加えられる圧力を推定できないならば、定量値の代わりに「過剰圧力」又は「不十分圧力」が出力として回されることができる。
【００６０】
１つの実施形態において、剛毛状の端１６の相対的な場所は、例えば、コントローラ１８によって、房シグネチャ、及び電気歯ブラシ１０に埋め込まれる且つ／或いは電気歯ブラシ１０に含められる、ＩＭＵ、光学近接センサなどのような位置センサの出力を使用して、データの融合としても提供される。
例えば、房シグネチャは、電気歯ブラシ１０に埋め込まれるＩＭＵからの複利誤差を補正するための基準測定値として使用されてよい。これは、（ユーザが通常ブラッシングするときに）時間の経過に亘ってユーザの歯のシグネチャマップを構築すること又はユーザの歯をブラシヘッドで初期的にスキャンすることのいずれかによって達成されてよい。後者において、ユーザは、モータが動作しない特定の歯に対してブラシヘッド１２を押圧及び回転させるために、及び／又は１つ以上のブラッシングセッションの間に特定の経路又はルーチンに従うようにガイドされてよい（例えば、印刷された命令、スマートフォンにインストールされたアプリケーションなどを介して命令されてよい）。これは口内の角度及び位置の関数としての房シグネチャのマップを形成する。
【００６１】
例えば、図１１は、ユーザの口内の異なる場所が、歯の幾何学的形状の故に、異なるパターンの接触（シグネチャ）をもたらす場合があることを示すシグネチャマップを概略的に図示している。コントローラ１８は、上記のような房シグネチャマップを構築するように訓練されることができる。このようにして、コントローラ１８は、任意の所与の瞬間にセンサアセンブリ２８によって感知される現在の房シグネチャを典型的なブラッシング条件の下でのユーザの口内の異なる場所と相関させることによって、ブラシヘッド１２の場所を推定することができる。
【００６２】
場所を決定する方法が、図１２のブロック図を考慮して理解されることができる。ステップ５８は、例えば、図１１に示すように、上述のようなセンサアセンブリ２８から房シグネチャを決定するステップを含む。現在の房シグネチャは、ユーザの口内の場所又は可能な場所を推定するために、その人のためのシグネチャマップと比較されることができる。ステップ６０は、コントローラ１８と通信するＩＭＵ又は他の位置センサからのような、位置データを取得するステップを含む。類似のシグネチャが多数の異なる場所についてのシグネチャマップにおいて開発されてよいが、任意の所与の時間における特定の場所に関する信頼性は、ステップ６０からのＩＭＵデータを追加的に考慮することによって高められ得ることに留意のこと。この目的を達成するために、ステップ６２は、ステップ５８及び６０からのデータを一緒に融合することを含み、それは、ブラシヘッド１２の剛毛状の端１６の現在場所のステップ６４における計算を導く。例えば、ＩＭＵ内のドリフトは、ステップ５８において提供される推定位置にセンサを定期的に再較正することによって補償されてよく、或いは、ステップ５８において決定される位置は、ステップ６０からのＩＭＵデータを用いて検証されることができる。
【００６３】
ステップ６４のための追加的な入力として、（例えば、他のユーザの測定値を集約することによって、臨床又は研究室設定において収集される）一般化された情報をステップ６６で提供して、融合されたＩＭＵ及び房シグネチャデータの分析を支援することができる。各々の現在のサイクルについて決定される場所を使用して、次のサイクルについての決定を知らせることができる。コントローラ１８の出力は、ユーザが強くブラッシングしすぎた、不適切に角度付けられた、見落とされた、或いは短すぎる時間が費やされたなどの領域を示すユーザの口の（例えば、コントローラ１８と通信するスマートフォンのスクリーン又はディスプレイを介した）グラフィカル表現を含んでよい。
【００６４】
有利には、このような再較正は、ユーザが事前設定された或いは命令されたブラッシングルーチン又は経路に従うことを必要とせずに、ユーザがブラッシング情報を正確に収集することを可能にする。例えば、コントローラ１８は、たとえユーザがユーザの口内の異なる場所の間で迅速に、突然に、又は急速に移行するとしても、剛毛状の端１６の場所を正確に識別することができ、ブラッシングセッションを任意の所望の場所で開始し、ブラッシング中に彼らの頭又は身体をあちこち動かすなどである。
【００６５】
幾つかの発明的な実施形態を本明細書に記載し且つ図示したが、当業者は、機能を実施し且つ／或いは結果及び／又は本明細書に記載する利点の１以上を得るための、様々な他の手段及び／又は構造を容易に考え付き、そのような変形及び／又は修正の各々は、本明細書に記載する発明的な実施形態の範囲内にあるとみなされる。より一般的には、当業者は、本明細書に記載する全てのパラメータ、寸法、材料、及び構成が、例示的であることを意図すること、並びに実際のパラメータ、寸法、材料、及び／又は構成が、発明的な教示が用いられる具体的な用途又は複数の用途に依存することを容易に理解するであろう。当業者は、ルーチン的実験を超えないものを用いて、本明細書に記載する具体的な発明的な実施形態についての多くの均等物を認識し、或いは確認することができるであろう。従って、前述の実施形態は、ほんの一例として提供されていること、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内で、発明的な実施形態は、具体的に記載され且つ特許請求されるものとは異なるように実施されてよいことが理解されるべきである。本開示の発明的な実施形態は、本明細書に記載する各々の個々の構成、システム、製品、材料、キット、及び／又は方法に向けられている。加えて、２つ以上のそのような構成、システム、製品、材料、キット、及び／又は方法のいずれの組み合せも、そのような構成、システム、製品、材料、キット、及び／又は方法が相互に矛盾しないならば、本開示の発明的な範囲内に含まれる。
【００６６】
本明細書及び特許請求の範囲において使用される「及び／又は」という語句は、そのように結合された要素の「一方又は両方」、すなわち、ある場合には結合的に存在し、他の場合には分離して存在する要素を意味すると理解されるべきである。「及び／又は」で列挙される複数の要素は、同じように、すなわち、そのように結合された要素の「１つ以上」と解釈されるべきである。特別に識別される要素に関連するか関連しないかに拘わらず、「及び／又は」という語句によって具体的に識別される要素以外の他の要素が任意的に存在してもよい。本明細書及び特許請求の範囲において使用されるとき、「又は」は、上記で定義した「及び／又は」と同じ意味を有すると理解されるべきである。
【００６７】
反対のことが明らかに示されていない限り、１つよりも多くのステップ又は行為を含む本明細書で特許請求するいずれの方法においても、方法のステップ又は行為の順序は、方法のステップ又は行為が引用される順序に必ずしも限定されないことも理解されるべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６８】
【特許文献１】米国特許第６，４１２，１３７号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第３０７６８２５号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１８／１０３７４７号明細書
【特許文献４】米国特許第６，４２５，２９５号明細書
【国際調査報告】
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