(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動歯ブラシのブラシヘッド部分が交換されるべき時を判断し、そのインジケーションをユーザへ提供するシステムであって、
前記歯ブラシ内に組み込まれ、該歯ブラシのオペレーション中の前記ブラシヘッドの振動回数を検知し、累積するシステムと、
前記振動回数が所定数に達した時を判断する手段と、
前記ブラシヘッドが交換されるべきであることを前記ユーザへ伝達するインジケータと、を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムであって、
前記累積システムは、計数された振動数に前記所定数まで反応し、該所定数に達した時に出力信号を生成するカウンタと、
前記出力信号に応じて前記インジケータを駆動させるアッセンブリと、を有することを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムであって、
前記インジケータは、視覚的インジケーションを生成することを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項２記載のシステムであって、
前記インジケータは、聴覚的インジケーションを生成することを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムであって、
前記累積システムは、前記所定数から零までカウントダウンし、零に達した時に出力信号を生成するカウントダウン・カウンタと、
前記出力信号に応じて前記インジケータを駆動させるアッセンブリと、を有することを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項５記載のシステムであって、
前記インジケータは、視覚的インジケーションを生成することを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項５記載のシステムであって、
前記インジケータは、聴覚的インジケーションを生成することを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１記載のシステムであって、
前記検知システムは、前記ブラシヘッドの各振動に反応し、オペレーション中、検知された振動のそれぞれに対して信号出力を生成する圧電変換器を有することを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１記載のシステムであって、
前記検知システム及び累積システムは、前記所定数に達したことを示す動作を生じる機械的システムであることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項８記載のシステムであって、
前記圧電変換器は、前記累積システムの一部を形成するカウンタへ電力を供給するために用いられることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
電動歯ブラシのブラシヘッド部分が交換されるべき時を判断し、そのインジケーションをユーザへ提供するシステムであって、
ブラシヘッドを含むブラシヘッド・アッセンブリと、
該ブラシヘッド・アッセンブリ内に組み込まれ、前記歯ブラシのオペレーション中の前記ブラシヘッドの振動回数を検知し、累積するシステムと、
前記振動回数が所定数に達した時を判断する手段と、
前記ブラシヘッド・アッセンブリが交換されるべきであることを前記ユーザへ伝達するインジケータと、を有することを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１１記載のシステムであって、
前記累積システムは、計数された振動数に前記所定数まで反応し、該所定数に達した時に出力信号を生成するカウンタと、
前記出力信号に応じて前記インジケータを駆動させるアッセンブリと、を有することを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１２記載のシステムであって、
前記インジケータは、視覚的インジケーションを生成することを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１２記載のシステムであって、
前記インジケータは、聴覚的インジケーションを生成することを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１１記載のシステムであって、
前記累積システムは、前記所定数から零までカウントダウンし、零に達した時に出力信号を生成するカウントダウン・カウンタと、
前記出力信号に応じて前記インジケータを駆動させるアッセンブリと、を有することを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１５記載のシステムであって、
前記インジケータは、視覚的インジケーションを生成することを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１５記載のシステムであって、
前記インジケータは、聴覚的インジケーションを生成することを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１５記載のシステムであって、
前記検知システムは、前記ブラシヘッドの各振動に反応し、オペレーション中、検知された振動のそれぞれに対して信号出力を生成する圧電変換器を有することを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１８記載のシステムであって、
前記圧電変換器は、前記累積システムの一部を形成するカウンタへ電力を供給するために用いられることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、概して電動歯ブラシに係り、特に電動歯ブラシのブラシヘッド部分が交換されるべき時を示すシステムに関する。
【０００２】
歯ブラシは歯医者によって通常推奨されるほど頻繁に交換されないのが一般的である。これには、電動歯ブラシの着脱可能ブラシヘッド部分も含まれる。このようなブラシヘッドは効果が大幅に低減するレベルまで磨り減り得るが、磨耗の明らかなサイン若しくは性能劣化の明らかな表示を示さない。効果が低減したブラシは、当然、良好な歯の健康を維持するために望ましくない。
【０００３】
染料を染み込ませたブラシ毛や色の付けられたブラシ毛ケースを用いるなどのいずれも磨耗のサインを示すことが可能な方法によってブラシヘッドを適時に（且つ健康的に）交換することを可能にするための様々な試みが為されてきた。しかし、このような構造物によって磨耗を示すことは正確ではなく、よってユーザにブラシヘッドが交換されるべきである時を確定的に教えることができない。
【０００４】
故に、ブラッシング性能及び効果を高いレベルで維持させるために、ブラシヘッドが交換されるべき時をユーザに正確且つ明確に示すシステムへの必要性が存在する。
【０００５】
従って、本発明は、電動歯ブラシのブラシヘッド部分が交換されるべき時を自動的に判断し、そのインジケーションをユーザへ提供するシステムであって、上記歯ブラシ内に組み込まれ、該歯ブラシの実際の使用に直接的に関連する特性の発生回数を検知し、累積するシステムと、上記歯ブラシ使用の特性の上記発生回数が上記ブラシヘッドが交換されるべき状態となるのに十分な該ブラシヘッドの使用に関連する所定数に達した時を判断する手段と、上記ブラシヘッドが交換されるべきであることをユーザへ伝達するインジケータとを有することを特徴とするシステムである。
【０００６】
図１は、本発明に係るブラシヘッド交換インジケータ・システムのブロック図を示す。本発明は、歯ブラシの実際の使用に基づいて、特にブラシヘッドの振動（オシレーション／バイブレーション）数に基づいて交換インジケーションを提供する。振動は計数され、歯ブラシの連続使用に対して累積される。振動数が以下寿命数と呼ぶ所定数に達すると、ユーザに対して警告が提供される。この寿命数及び交換通知は、歯ブラシが１日２回／１回２分のペースで６ヵ月間使用されるものとする推定に基づく。
【０００７】
図示する実施形態において、本発明に係るシステムは、約２６０Ｈｚで振動する電動歯ブラシにおいて用いられている。このような歯ブラシは、本発明の譲受人によって所有されている米国特許第５，１８９，７５１号に示されている。しかし、本発明は異なる振動周波数を有する他の電動歯ブラシにおいても用いることが可能であることは明らかである。
【０００８】
但し、いずれのケースにおいても、交換の警告が提供される所定のトータル振動数（寿命数）にはブラシヘッドの振動周波数が考慮されなければならない。周波数２６０Ｈｚの場合、上記使用態様でのトータル振動数は１１，２３２，０００である。６ヵ月間という使用期間は、一般的にブラシヘッドが効果的な結果を提供する期間であると考えられる。この期間を超えると、積み重なった磨耗が性能／効果を劣化させる。しかし、この６ヶ月間という期間は絶対的なものではなく（異なってもよく）、寿命数は特定のブラシヘッドの典型的な使用において受け入れ難い劣化した効果を生じさせると認められる実際の振動数に応じて修正することが可能である。
【０００９】
図１を参照する。個々の実際の振動数は圧電センサ１０によって検知される。圧電センサ１０は、ブラシヘッドの機械的振動を感知するためにブラシヘッド若しくはマウンティング・アームに関連して配置され、該振動に対応して出力される電気信号を生成する。ブラシヘッドの振動を検知する他の手段は、他の振動センサ、スイッチ、若しくはオプティカル装置を含む。
【００１０】
圧電センサ１０の出力は、ストローク・カウンタ回路１２と呼ばれるものへ適用される正弦波へ変換される。圧電センサ１０は、更に、実際のブラッシング／計数中にカウンタ回路１２が機能するのに十分な電力を生成する。これは本発明に係る装置の重要な特徴である。これは、圧電センサ１０と電源１４とを結ぶ破線１５によって示されている。本実施形態では３Ｖ電池である電源１４は、連続したブラッシング間の不使用期間中、カウンタ１２内のメモリにカウンタ値を保持する。ストローク・カウンタ・メモリは低電流しか必要としないため、及び圧電センサ１０が該カウンタへ電力を供給しているため、振動計数中、電池の消耗はほとんど無い。
【００１１】
図示する実施形態において、圧電センサは、更に、カウンタ１２が振動寿命数に達した時にユーザに視覚的警告を提供するＬＥＤ１６の動作についても一部制御を行う。ＬＥＤ１６に対する圧電センサの使用は後に詳述する。図１の実施形態において、ユーザに対して提供される警告はＬＥＤによって視覚的に提供されているが、この警告は他の視覚的、聴覚的、若しくは知覚装置によって提供されてもよいことは明らかである。カウンタ１２は、新しいブラシヘッドが所定の位置に装着された時に、又は、工場でのカウンタ・オペレーションの初期テストの後に、リセット回路２０によってリセットすることができる。
【００１２】
図示する実施形態に係るストローク・カウンタ１２は、６ヵ月間の推定されるトータルの使用をカバーするブラシ・ストロークの寿命数まで計数する。この寿命数は、前述のように周波数２６０Ｈｚに対しては１１，２３２，０００である。この数は、ブラシに対する実際の所望使用期間及びブラシヘッドの実際の周波数に応じて変更することも可能である。寿命数に達すると、カウンタ１２は新しいカウントを受け入れるのを止め、インジケータ・タイミング回路１８へのトリガとなる出力信号を生成する。インジケータ・タイミング回路１８は、次いで、圧電センサ素子１０と共に、ＬＥＤ１６のオペレーションを所定のタイミングで制御する。
【００１３】
タイミング回路１８は、低負荷サイクルの制御パルスをＬＥＤ１６に対して生成する。この制御パルスは、（寿命数に達した後の）各ブラッシングが行われた後の２分間の間、１秒に１回のペースでこのＬＥＤに電圧を加える。
【００１４】
３Ｖ電池を有する電源１４は、ブラッシング間の不試用期間中にカウンタ１２のメモリを維持するだけでなく、回路全体に、特に電圧が掛けられている時のＬＥＤに電力を供給する。しかし、前述のように、圧電素子１０は、ブラッシング中にカウンタ回路へ電力を供給する。更に、圧電素子によって全体が自己電力供給されるシステムとするためにストレージ装置及び不揮発性メモリを用いることも可能である。
【００１５】
図２は、図１の回路の特定の実施例の概略図を示す。図１に符号１０で示す圧電素子は、図２では符号３０で参照される。この圧電素子は、ブラシヘッドがマウントされたアームに対して、ブラシヘッドの機械的動作が各出力パルスが１回の前後の振動を示すような正弦波信号出力を生成する該圧電素子を駆動させるように設けられる。この出力信号の過電圧は整流され、回路の残りの部分へ電力を供給するのに用いられる。
【００１６】
ダイオード３２及び３４は、圧電変換器の正弦波出力を切り取り、方形波信号を生成すると共に、該出力信号の過電圧部分、すなわち検知に必要な正弦波を超える信号部分を電源へ送り返す。ここで、図示する実施形態に係る電源は（図示しない）３Ｖの電池を有する。別の方法として、前述のように、この電源は、キャパシタなどのストレージ素子を限圧定電圧ダイオードと共に用いてもよい。不揮発性メモリを有するこのような構成により、回路を電源内蔵型とすることができる。
【００１７】
バッファ素子４０は、ダイオード３２及び３４に応答し、圧電素子３０からの出力をバッファする。バッファ４０からの出力は、振動（ストロークとも呼ばれる）カウンタ・アッセンブリへのトリガ入力である。カウンタ４２及び４４は、一体に結合し、開示する実施形態における寿命ストローク数である１１００万ストロークよりわずかに大きい数まで計数する。カウンタ４２が最初の１２ビットを累積し、カウンタ４４が次の１２ビットを累積し、これら２つのカウンタは直列に接続され、全体で２４ビットの計数能力を提供する。カウンタ４４が寿命ストローク数まで計数すると、カウンタ４４の出力はカウンタ４２をリセットし、保持させるハイとなる。すると、カウンタ４２は、それ以降、いかなる追加的ストローク・カウントもそれ以上累積しない。
【００１８】
カウンタ４４からの出力は、ＮＡＮＤゲート４６の一入力へ適用される。ＮＡＮＤゲート４６の他方の入力はバッファ素子４０の出力である。ＮＡＮＤゲート４６の出力は、タイマ論理回路４８をリセットするのに用いられる。ブラッシングが続いている限り（すなわち、ブラシヘッドが振動している限り）、バッファ素子４０の出力はローとなり、よってタイマ論理回路４８はリセット状態のままとなる。なぜなら、ＮＡＮＤゲート４６の出力はハイのままであるからである。
【００１９】
１回の歯磨きが終わり、ブラッシングが終了すると、バッファ４０の出力はハイになると共に、その時点でカウンタ４４の出力が寿命ストローク数に達したことを示すハイであれば、ＮＡＮＤゲート４６からタイマ論理回路４８への信号はローとなる。これにより、タイマ論理回路４８を作動させることができる。ＮＡＮＤゲート４６からの出力は、更に、ＡＮＤゲート５０の逆相入力へも適用される。タイマ論理回路４８のピン１２からのリセット信号は、同じく逆相入力であるＡＮＤゲート５０の他方の入力へ適用される。ＮＡＮＤゲート５０への両入力がローであれば、発振器５４を使用可能にするハイ出力が得られる。発振器５４は、次いで、タイマ論理回路４８へクロックを供給する。
【００２０】
オペレーションにおいて、タイマ論理回路４８の下位３ビット（ピン１、２、及び３）がハイであり、且つ発振器５４信号がハイである度に、ＯＲゲート５８によって逆転されるＮＡＮＤゲート５６の最終的な出力はレジスタ６０とトランジスタ６２とを有するＬＥＤ駆動回路へパルスを供給する。ＬＥＤ駆動回路の出力は、低負荷サイクル・パルス（図示する実施形態ではおよそ１秒間に１パルスであるが、これは変更し得る）である。ＬＥＤ６４はこの駆動信号に応答して点滅する。
【００２１】
約２秒後、タイマ論理回路４８の出力ピン１２は、ＡＮＤゲート５０を通じて発振器５４を使用不可にするハイになる。回路４８の下位３ピンは、この時点でローであり、これによりＮＡＮＤゲート５６の出力が変化し、ＬＥＤ駆動回路へ向けられ、ＬＥＤ６４のそれ以上の点滅を防ぐ。したがって、まとめると、寿命ストローク数に達した後、ＬＥＤ６４は、次のブラッシングが行われるまで、各ブラッシングの後２秒間、１秒に１回点滅し、その後止まる。
【００２２】
この時点で、回路には非常に小さい電流（１００ナノアンペア未満）しか流れておらず、小さい電池若しくはキャパシタによって維持することができる。
【００２３】
振動検知中に圧電センサ３０において生成される電力は、カウンタ４２及び４４に電力を供給するのに必要な分よりも多い。この不要な電力は、電池３６がキャパシタ回路に格納され、インジケータ回路へ電力を供給すると共に、歯ブラシ不使用中にカウンタ・メモリを維持する場合に、該電池を充電するのに用いることも可能である。更に、不揮発性メモリ及びキャパシタが用いられる場合、上記回路に電池無しで電力を供給することも可能である。振動の寿命数に達したことを通知する警告インジケータを不透明さを変化させるＬＣＤなどの双安定装置とすることも可能である。このような装置は表示状態を維持するのに電力を必要としない。
【００２４】
再び図１を参照する。前述のように、ここに開示する特定の実施形態に代わる代替物が存在することは明らかである。例えば、本実施形態においては振動数を含む情報を生成するのに圧電変換器を用いているが、可動コイル変換器やホール効果磁気センサなどの他の装置を用いることも可能である。検知装置からの信号情報が認識性を明確にするために何らかの調整を必要とする場合もある。このような入力調節／調整回路は良く知られている。しかし、多くの場合、このような調整回路は必要でない。
【００２５】
０からインジケータ・タイミング回路１８をトリガするポイントとなる指定された寿命数まで計数する図１のストローク・カウンタ１２の代替として、検知装置からの各信号を所定の寿命数からカウントダウンするのに用いるカウントダウン・タイマを用いることも可能である。この構成において、該カウンタは、ブラッシングが行われていない間にカウントが固定されたまま維持されるように不揮発性である。このカウントダウン・タイマが０に達すると、インジケータ・タイミング／警告ロジックがトリガされ、警告を生成する。ブラシヘッドが交換されると、このカウントダウン・タイマは元の寿命ストローク数へ回復される。
【００２６】
警告タイミング及びＬＥＤのオペレーションに関して、図示する実施形態では、寿命ストローク数が検知された後の各ブラッシング後の短い時間、警告を提供する。しかし、このタイミング回路及び警告は、開示したのと異なる態様で周期的に警告情報を提供するように構成されることも可能であり、ブラシヘッドが交換されるまで連続的に警告情報が提供され得るように構成されることも可能である。この警告自体も変更することができ、様々な視覚装置でもよく、寿命ストローク数に達した時に特定のトーン若しくは接続素子を壊す／溶かすことによって駆動されるガチャガチャというボールを有する聴覚装置でもよい。圧電変換器を警告素子として使用することも可能である。すなわち、ストロークを計数する入力装置は、警告（聴覚的）を提供する出力装置としても機能する。この圧電変換器の場合、タイマ・ロジックからの電気信号は、圧電素子へ提供され、音が生成される。
【００２７】
本発明が機械的に実現されてもよく、機械的要素と電気的要素との組み合わせによって実現されてもよいことは明らかである。機械的なストローク・カウンタの一例は、振動要素（ブラシヘッド・アーム）へ接続されたスプリングを含む振動センサである。このスプリングは、その他端上にギアを駆動させる爪のような素子となる塊を有する。別のアプローチは、振動するブラシヘッド・アームに接続され、該アームによって駆動されるスプリングで負荷されたギアである。いずれのギア装置もトータルのストローク数を累積するのに用いられるカウントダウン・タイプのギア装置を用いることができる。
【００２８】
別の機械的構成において、回転レバー・アームに接続された水平方向の支柱が振動するブラシヘッド・アームに接続され、このレバー・アームの自由端がギア装置を駆動させる。更に別の可能性は、基本的にブラシヘッド・アームに接続されるように配置された膨張した気泡を含む。この気泡は、ブラシヘッドの振動を感知する。次いで、この気泡の動作（例えば、位置の変化若しくは内部圧力の変化など）に応じて信号を生成する変換器が用いられる。更に別の可能性は、ワンウェイ・クラッチと、ギア装置を駆動させるブラシヘッド・アーム上に設けられたピン駆動装置とを含む。
【００２９】
実際のブラシのストローク数若しくは振動数を累積するのに用いることができる機械的装置は他にも存在する。
【００３０】
正確なギアリングにより、完全なギアリング・サイクル（寿命振動数に対応する）のために機械的装置は、寿命数に達した時にダイヤル若しくはペイントされたディスクを動かす又はスイッチを入れるのに用いられ得る。このダイヤル若しくはディスク型のブラシヘッド交換の必要についての視覚的通知は、ユーザが容易に見ることができる。このスイッチは、視覚的若しくは聴覚的通知のために、電池を有する回路を完成させるのに用いられ得る。
【００３１】
上記機械的装置は、ブラシヘッドが交換されるべきであることを示す電気回路をトリガするのに用いられることもできる。従って、本発明の実施は、機械的にも、電気的にも、これらの組み合わせによっても、複数の異なる方法で達成され得ることは明らかである。このように、本発明は、特定の構造的実施形態に限定されない。更に、本実施形態では歯ブラシの実際の使用のインジケーションを得るためにストローク数を計数したが、計数可能な他のインジケーションも使用可能であることは明らかである。一例は、実際のブラッシング回数を計数し、その数を６ヵ月間の使用へ関連付けることである。他の使用に基づく計数態様も使用可能である。更に、本発明に係るシステムは交換可能なブラシヘッド・アッセンブリ全体の一部であってもよいことも明らかである。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態について説明のために開示したが、様々な変更、修正、及び置換が請求項によって定義される本発明の意図の範囲内で本実施形態に組み込まれてもよいことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るシステムの一実施形態のブロック図である。
【図２】  図１に係るシステムの一実施例を示すより詳細な概略図である。
【図１】
0004679027.tif 000002
【図２】
0004679027.tif 000003