(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
口腔ケア器具（１）であって、
通電時にインピーダンスがその間に生じる電極対（１２００）と、
前記電極対（１２００）の間に少なくとも２つの異なる周波数を有する電圧を印加するために、前記電極対（１２００）に電気的に接続される周波発電機（１３００）と、
少なくとも前記異なる周波数で前記電極対（１２００）の間のインピーダンス値を測定するために、前記電極対（１２００）に電気的に結合されるインピーダンス測定ユニット（１１００）と、
前記インピーダンス測定ユニット（１１００）と通信する接触決定ユニット（１０００）であって、前記接触決定ユニット（１０００）は、関数を格納するためのメモリ（１０１０）を含み、前記関数は、画定された口腔領域のインピーダンス値を前記異なる周波数で関連付けし、前記接触決定ユニット（１０００）は、前記電極対（１２００）と前記画定された口腔領域との接触情報を決定するように、前記測定されたインピーダンス値を前記格納された関数に処理するためのプロセッサ（１０２０）を含む、接触決定ユニット（１０００）と、
を備える口腔ケア器具（１）。
【請求項２】
前記接触決定ユニット（１０００）と通信する位置決定ユニット（５０００）を更に備え、前記位置決定ユニット（５０００）は、少なくとも、前記電極対（１２００）と前記画定された口腔領域との前記決定された接触情報に基づいて、前記器具（１）の口腔位置を決定するように構成される、請求項１に記載の器具（１）。
【請求項３】
前記器具（１）は、ブラシヘッド部（１０）を含む歯ブラシであり、前記ブラシヘッド部（１０）は、歯をブラッシングするために剛毛（１００）がその上に配置された剛毛側（１０２）と前記剛毛側（１０２）に対向する後部側（１０４）とを含み、第１の電極（１１０）及び第２の電極（１１２）が前記後部側（１０４）に配置されて前記電極対（１２００）の第１の電極対（１２００Ａ）を形成する、請求項１又は２に記載の器具（１）。
【請求項４】
前記ブラシヘッド部（１０）は、第１の側（１０６）と前記第１の側（１０６）に対向する第２の側（１０８）とを更に含み、前記第１の側（１０６）及び前記第２の側（１０８）はそれぞれ、前記剛毛側（１０２）と前記後部側（１０４）とを分け、前記第１の側（１０６）、前記後部側（１０４）、前記第２の側（１０８）、及び前記剛毛側（１０２）は、前記ブラシヘッド部（１０）を円周方向に画定し、
第３の電極（１１４）が、前記第１の側（１０６）上に且つ前記第２の電極（１１２）よりも前記第１の電極（１１０）により接近して配置され、第４の電極（１１６）が、前記第２の側（１０８）上に且つ前記第１の電極（１１０）よりも前記第２の電極（１１２）により接近して配置され、前記第１の電極（１１０）及び前記第３の電極（１１４）が、前記電極対（１２００）の第２の電極対（１２００Ｂ）を形成し、前記第２の電極（１１２）及び前記第４の電極（１１６）が、前記電極対（１２００）の第３の電極対（１２００Ｃ）を形成する、請求項３に記載の器具（１）。
【請求項５】
第５の電極が、前記後部側（１０４）上に配置され、前記第１の電極（１１０）又は前記第２の電極（１１２）のどちらかと前記電極対（１２００）の第４の電極対を形成する、請求項４に記載の器具（１）。
【請求項６】
前記位置決定ユニット（５０００）と通信する配向決定ユニット（２０００）を更に備え、前記配向決定ユニット（２０００）は、前記器具（１）の配向情報を得るように構成され、前記位置決定ユニット（５０００）は、前記得られた配向情報に更に基づいて前記器具（１）の前記口腔位置を決定するように構成される、請求項２に記載の器具（１）。
【請求項７】
剛毛の温度を検知するための赤外線センサー（３１００）と、
前記検知された剛毛の温度に基づいて、前記剛毛（１００）と歯又は歯ぐきとの接触情報を識別するために前記赤外線センサー（３１００）と通信するブラッシング識別ユニット３０００と、を更に備え、
前記ブラッシング識別ユニット（３０００）と通信する前記位置決定ユニット（５０００）は、前記剛毛（１００）と歯又は歯ぐきとの前記識別された接触情報に更に基づいて、前記器具（１）の前記口腔位置を決定するように構成される、請求項２に記載の器具（１）。
【請求項８】
口腔ケア器具の側面によって画定された口腔領域の接触を検出する方法であって、
（ａ）前記口腔ケア器具の前記側面に電極対を備える工程と、
（ｂ）前記電極対の間にインピーダンスを生じさせるために前記備えられた電極対に電圧で通電する工程と、
（ｃ）前記通電した電極対の間の前記電圧に少なくとも２つの異なる周波数を印加する工程と、
（ｄ）前記通電した電極対の間の前記生じたインピーダンスのインピーダンス値を、前記印加された異なる周波数で、５０ミリ秒未満の時間間隔以内で測定する工程であって、前記インピーダンス値は、インピーダンスの大きさ、インピーダンスの位相、比誘電率、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、前記印加された異なる周波数は、それぞれ独立して、１ｋＨｚ〜１ＭＨｚから選択される、工程と、
（ｅ）前記画定された口腔領域のインピーダンス値を前記印加された異なる周波数で関連付ける関数を定義する工程であって、前記画定された口腔領域は、頬領域、舌領域、唾液領域、及びこれらの組み合わせから選択される、工程と、
（ｆ）前記口腔ケア器具の前記側面が前記画定された口腔領域と接触しているかどうかを検出するように、前記測定されたインピーダンス値を前記定義された関数に処理する工程と、を含む、方法。
【請求項９】
前記画定された口腔領域は唾液領域を含み、前記印加された異なる周波数は第１の周波数と第２の周波数とを含み、それらはそれぞれ、独立して、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚから選択され、前記第２の周波数は前記第１の周波数より大きく、前記関数は、以下の式：
【数１】
0006258503.tif 000005
（式中、Ａ１は前記第１の周波数で測定された第１のインピーダンスの大きさであり、Ａ２は前記第２の周波数で測定された第２のインピーダンスの大きさであり、ａは閾値定数である）を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記画定された口腔領域は舌領域を含み、前記印加された異なる周波数は第１の周波数と第２の周波数とを含み、それらはそれぞれ、独立して、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚから選択され、前記第２の周波数は前記第１の周波数より大きく、前記関数は、以下の式：
【数２】
0006258503.tif 000006
（式中、Ａ１は前記第１の周波数で測定された第１のインピーダンスの大きさであり、Ａ２は前記第２の周波数で測定された第２のインピーダンスの大きさであり、ａ及びｂはそれぞれ、閾値定数である）を含む、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記画定された口腔領域は頬領域を含み、前記印加された異なる周波数は第１の周波数と第２の周波数とを含み、それらはそれぞれ、独立して、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚから選択され、前記第２の周波数は前記第１の周波数より大きく、前記関数は、以下の式：
【数３】
0006258503.tif 000007
（式中、Ａ１は前記第１の周波数で測定された第１のインピーダンスの大きさであり、Ａ２は前記第２の周波数で測定された第２のインピーダンスの大きさであり、ｂは閾値定数である）を含む、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
口腔ケア器具の口腔位置を決定する方法であって、
（ａ）請求項９に記載の方法を使用することによって前記口腔ケア器具の接触情報を検出する工程であって、前記接触情報は、前記口腔ケア器具の側面が、画定された口腔領域と接触しているかどうかを含む、工程と、
（ｂ）前記口腔ケア器具の配向情報を検出する工程と、
（ｃ）少なくとも前記検出された接触情報及び前記検出された配向情報に基づいて、前記口腔ケア器具の前記口腔位置を決定する工程と、を含む、方法。
【請求項１３】
前記口腔ケア器具は、ブラシヘッド部を含む歯ブラシであり、前記ブラシヘッド部は、歯をブラッシングするために剛毛がその上に配置された剛毛側と前記剛毛側に対向する後部側とを含み、前記ブラシヘッド部は、第１の側と前記第１の側に対向する第２の側とを更に含み、前記第１の側及び前記第２の側はそれぞれ、前記剛毛側と前記後部側とを分け、前記第１の側、前記後部側、前記第２の側、及び前記剛毛側は、前記ブラシヘッド部を円周方向に画定し、前記接触情報は、前記後部側、前記第１の側、及び前記第２の側のうちの１つ以上が前記画定された口腔領域と接触しているかどうかを含み、前記画定された口腔領域は、頬領域、舌領域、及び唾液領域からなる群から選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記配向情報は、前記剛毛側と水平面との間に形成された配向角を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記口腔位置は、前記ブラシヘッド部の前記剛毛側が歯帯に面していることによって画定され、前記歯帯は、左上奥歯の頬側、左上奥歯の咬合側、左上奥歯の舌側、上前歯の前側、上前歯の咬合側、上前歯の舌側、右上奥歯の頬側、右上奥歯の咬合側、右上奥歯の舌側、左下奥歯の頬側、左下奥歯の咬合側、左下奥歯の舌側、下前歯の前側、下前歯の咬合側、下前歯の舌側、右下奥歯の頬側、右下奥歯の咬合側、及び右下奥歯の舌側からなる群から選択される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用中に口腔ケア器具の口腔位置を検出することを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
良好な口腔衛生を保つことは、口腔衛生に、更には健康全般に重要である。適切で定期的な歯みがきは、口腔ケアレジメンの基本的且つ重要な部分である。手動式歯ブラシ及び電動式歯ブラシを含む様々な歯ブラシが、有効な歯みがきを促進するために開発されてきた。研究者らは、例えば、ブラッシングヘッドを最適化する、ヘッドの回転周波数を増加させる、例えば超音波によって新しいクリーニング技術を設計する等によって、ブラッシングの質を向上させる試みを継続的に行ってきた。これらの試みのいくつかは理論的には成功し、更には歯科医によって推奨されているが、高質のブラッシングは、実際には多くの消費者によって達成されていない。いくつかの釈明が提案されている。例えば、少なくとも１つの研究では、大人は平均４６秒間ブラッシングをすると報告されているが、推奨ブラッシング時間は２分間と一般に認められている。研究は更に、この短いブラッシング時間の間、消費者は不均等にブラッシングする傾向があり、ある歯の表面が無視され、他の歯が過度にブラッシングされることを示している。これは、十分にブラッシングがされない表面に虫歯が形成される及び／又はプラークが蓄積され、過度にブラッシングされる歯茎が下がってしまう可能性がある。したがって、リアルタイムでブラッシングの位置及び時間のフィードバックを受けることは、ブラッシングの手順を最適化するために、消費者にとって重要である。そのようなフィードバックは、口内の歯ブラシの位置を精密且つ正確に検出する能力に依存する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
約１０年間、位置検出技術を開発する努力がなされてきた。しかしながら、今日までにこの技術を広く費用効果的に商業化したものはいない。低価格で、非侵入的、精密及び／又は正確な位置検出を提供する必要性が引き続き存在する。位置検出技術は、プラーク及び虫歯の発生、並びに歯茎の後退を軽減するように、ユーザーがブラッシングの手順を改善するのに役立つ。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、これらの必要性の１つ以上に対処することを試みる。１つの態様では、本発明は、口腔ケア器具を提供し、口腔ケア器具は、
通電時にインピーダンスがその間に生じる電極対と、
電極対の間に少なくとも２つの異なる周波数を有する電圧を印加するために、電極対に電気的に接続される周波発電機と、
少なくとも異なる周波数で電極対の間のインピーダンス値を測定するために、電極対に電気的に結合されるインピーダンス測定ユニットと、
インピーダンス測定ユニットと通信する接触決定ユニットであって、接触決定ユニットは、関数を格納するためのメモリを含み、関数は、画定された口腔領域のインピーダンス値を異なる周波数で関連付けし、接触決定ユニットは、電極対と画定された口腔領域との接触情報を決定するように、測定されたインピーダンス値を格納された関数に処理するためのプロセッサを含む、接触決定ユニットと、を備える。
【０００５】
別の態様では、本発明は、口腔ケア器具の側面によって画定された口腔領域の接触を検出する方法を提供し、方法は、
（ａ）口腔ケア器具の側面に電極対を備える工程と、
（ｂ）電極対の間にインピーダンスを生じさせるために備えられた電極対に電圧で通電する工程と、
（ｃ）通電した電極対の間の電圧に少なくとも２つの異なる周波数を印加する工程と、
（ｄ）通電した電極対の間に生じたインピーダンスのインピーダンス値を、印加された異なる周波数で測定する工程と、
（ｅ）画定された口腔領域のインピーダンス値を、印加された異なる周波数で関連付ける関数を定義する工程と、
（ｆ）口腔ケア器具の側面が画定された口腔領域と接触しているかどうかを検出するように、測定されたインピーダンス値を定義された関数に処理する工程と、を含む。
【０００６】
更なる態様では、本発明は、口腔ケア器具の口腔位置を決定する方法を提供し、方法は、
（ａ）上述の方法による方法を使用することによって口腔ケア器具の接触情報を検出する工程であって、接触情報は、口腔ケア器具の側面が、画定された口腔領域と接触しているかどうかを含む、工程と、
（ｂ）口腔ケア器具の配向情報を検出する工程と、
（ｃ）少なくとも検出された接触情報及び検出された配向情報に基づいて、口腔ケア器具の口腔位置を決定する工程と、を含む。
【０００７】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、以下の「発明を実施するための形態」から当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本明細書は本発明を具体的に定義して明確に請求する請求項で完結するが、本発明は添付の図面の次の説明からより良く理解されるものと考えられる。添付の図面において、
【図１（ａ）】周波数にわたって頬領域、舌領域、及び唾液領域のインピーダンスの大きさのばらつきを示す。
【図１（ｂ）】周波数にわたって頬領域、舌領域、及び唾液領域のインピーダンスの位相角のばらつきを示す。
【図２（ａ）】本発明の一実施形態による歯ブラシの左斜視図である。
【図２（ｂ）】図２（ａ）の実施形態による歯ブラシの右斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による、電極対の接触情報を決定する電気回路を例示するブロック図である。
【図４（ａ）】図２（ａ）の実施形態による歯ブラシのブラシヘッド部の斜視図である。
【図４（ｂ）】ブラシヘッド部がコネクタと接続する様態を示す、図２（ａ）の実施形態による歯ブラシのブラシヘッド部の部分断面図である。
【図４（ｃ）】切断面がブラシヘッド部の剛毛側に直交し、第１の電極を貫通した状態の、図２（ａ）の実施形態による歯ブラシのブラシヘッド部の断面図である。
【図５】図３の実施形態による接触情報を決定する電気回路を含む歯ブラシを例示するブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態による歯ブラシ内に取り付けられた３軸加速度計のｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の配置を示す。
【図７】本発明の一実施形態による、唾液領域、舌領域、及び頬領域に関する接触情報決定の工程を示す。
【図８】１８の歯帯を説明する図である。
【図９】ブラッシング中の歯ブラシの８つの配向セクターを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書で使用するとき、「ａ」、「ａｎ」及び「the」等の冠詞は、請求又は記載されるもののうちの１つ以上を意味するものと理解される。
【００１０】
本明細書で使用するとき、用語「含む（comprise、comprises、comprising）」、「包含する（include、includes、including）」、「含有する（contain、contains、containing）」は、非限定的である、すなわち、最終結果に影響を及ぼすことのない他の工程及び他の区分を加えることができることを指す。上記用語には、「からなる」及び「から本質的になる」という用語が包含される。
【００１１】
本発明によれば、口腔領域の接触の検出を可能にし、更には口腔の位置の検出をも可能にする口腔ケア器具が提供される。本発明は、口腔のある口腔領域は、異なる電圧の周波数でインピーダンスを評価し比較したとき、独特のインピーダンス特性を有しているという驚くべき発見に基づいている。更に、これらのインピーダンス特性（異なる電圧の周波数における）は、ある周波数範囲において口腔領域間で更により顕著になる。理論に束縛されるものではないが、異なる電圧の周波数における（周波数範囲で）独特のインピーダンス（impendence）特性をもたらすのは、各口腔領域の独特の伝導度／誘電性（dielectricity）である。この重要な発見は、口腔ケア器具の口腔領域の接触の検出及び口腔の位置の検出において、更なる正確さ及び／又は精度につながる。
【００１２】
本明細書で使用するとき、用語「口腔領域」とは、頬領域、舌領域、唾液領域、歯領域、歯肉領域、硬口蓋領域、軟口蓋領域、及び唇領域が挙げられるがこれらに限定されない、口腔内の個別の部分又は区分を指す。具体的には、口腔ケア器具は、電極対、周波発電機、インピーダンス測定ユニット、及び接触決定ユニットを含む。電極対は、好ましくは、口腔内で器具を使用する間に様々な口腔領域と接触する口腔ケア器具の側面に配置される。インピーダンスは、通電時に電極対の間に生じる。電気は、電池（器具内に内蔵）を経由して、又はプラグ接続できるコンセントを経由して供給され得る。周波発電機は、電極対の間に少なくとも２つの異なる周波数を有する電圧を印加するために、電極対に電気的に接続される。周波数の変化は、好ましくは、約１秒、５００ミリ秒、５０ミリ秒、１０ミリ秒、５ミリ秒、又は更には１ミリ秒以内に起こる。インピーダンス測定ユニットは、異なる周波数で電極対の間のインピーダンス値を測定するために、電極対に電気的に結合される。本明細書では用語「インピーダンス値」は、インピーダンスの大きさ、インピーダンスの位相、比誘電率、及びこれらの組み合わせが挙げられるがこれらには限定されない、電極間の伝導度／誘電性を評価することから導出することができる任意の値を含む、最も広い意味で使用される。
【００１３】
「画定された口腔領域」は、インピーダンス値が評価され、基準として使用することができる、前もって画定された口腔領域である。電極対が、唾液領域、頬領域、又は舌領域などの画定された口腔領域と接触している場合には、インピーダンス値は、口腔領域の固有の伝導度／誘電性のために異なる周波数で全く異なり得る。したがって、接触決定ユニットは、この固有の伝導度／誘電性に基づいて、電極対の接触情報を決定するために使用される。接触決定ユニットは、関数を格納するためのメモリを含む。関数は、画定された口腔領域のインピーダンス値を異なる周波数で関連付けし、これは、画定された口腔領域の固有の伝導度／誘電性を反映する。次に、接触決定ユニットは、インピーダンス測定ユニットと通信する。本明細書で使用するとき、用語「と通信する」とは、この用語によって接続している２つの要素の間にデータ伝送があることを意味する。通信方法は、無線通信又はハードワイヤード通信を含む任意の形態であってもよい。通信方法のいくつかの例は、例えば、ＵＳ２０１３０３１１２７８Ａ号３９項〜４１項にて議論されている。
【００１４】
接触決定ユニットは、電極対と画定された口腔領域（単数又は複数）との接触情報を決定するように、測定されたインピーダンス値を格納された関数（単数又は複数）に処理するためのプロセッサを含む。具体的には、特定の測定されたインピーダンス値が、格納された関数によって表わされる固有の伝導度／誘電性を満たす場合、電極対は（格納された関数に対応する）画定された口腔領域と接触していると決定されるであろう。測定されたインピーダンス値が、格納された関数によって表わされる固有の伝導度／誘電性を満たさない場合、電極対は（格納された関数に対応する）画定された口腔領域と接触していないと決定されるであろう。口腔ケア器具は、接触決定ユニットと通信する位置決定ユニットを更に備えてもよい。位置決定ユニットは、少なくとも決定された接触情報に基づいて、器具の口腔位置を決定するように構成される。
【００１５】
理論に束縛されるものではないが、本発明は、一部は、周波発電機を使用して少なくとも２つの異なる電圧の周波数を発生させ、異なる周波数で測定することによって、位置検出の正確さ及び／又は精度を向上させる。事実、異なる口腔領域は、異なるインピーダンス特性（例えば、２つの周波数の間で）を有することを以外にも発見した。更に、この違いは、ある周波数範囲内で更により顕著になる。異なる周波数でのインピーダンス値の測定は、口腔内の異なる口腔組織（例えば、舌及び頬）及び唾液の間の区別を可能にする。これは、単一周波数の装置、又は単に「接触」がなされたかどうかを決定することができる異なる周波数で測定しない装置とは対照的である。
【００１６】
様々な口腔領域の中で、唾液領域は、水及び／又は練り歯磨きスラリーから基本的になり、したがって、その伝導度に寄与し得る多くのイオンを有する。頬領域及び舌領域などの口腔組織を含む口腔領域もまた、それらの領域が含有する大量の水のために伝導度を有する。しかしながら、口腔組織は、水に加えて細胞を更に含む。これは口腔組織の誘電性に寄与し、唾液及び口腔組織のインピーダンス対周波数の線図において目に見える違いを生じるであろう。周波数にわたって口腔組織のインピーダンスのばらつきの主な特性は、α分散、β分散、及びγ分散の３つのカテゴリにグループ化することができる。α分散は、ヘルツの範囲の低周波で任意の導体のインピーダンスの変化に寄与する。β分散は、キロヘルツ〜メガヘルツの範囲の生体組織に見られ、細胞膜によって引き起こされる。γ分散は、水分子の分極によるギガヘルツの範囲の高周波現象である。したがって、これらの異なる口腔領域は、異なる組成物のため、異なる伝導度／誘電性を示し得る。例えば、口腔領域に含有される水及び／又は細胞の量、細胞の形状、細胞の配置は全て、ある口腔領域の伝導度／誘電性が別の口腔領域のものと異なる原因となり得る。
【００１７】
図１（ａ）は、頬領域、舌領域、及び唾液領域の異なる周波数でのインピーダンスの大きさの典型的なばらつきを示すグラフである。グラフは、これらの口腔領域が、そのインピーダンス値（異なる電圧の周波数における）に基づいて互いに区別されることができることを実証する。図１（ａ）のグラフのｘ軸は、０．５０〜６．００の対数目盛上のヘルツ（Ｈｚ）での周波数を表わす。図１（ａ）のグラフのｙ軸は、２．５０〜４．７５の対数目盛上のオーム（Ω）でのインピーダンスの大きさを表す。頬領域、舌領域、及び唾液領域は、様々な周波数で全く異なるインピーダンスの大きさを有することが分かる。例えば、唾液領域のインピーダンスの大きさは、１０Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数間で急落し、次にほぼ１ＭＨｚまでの広範囲にわたって安定する。頬領域及び舌領域では、インピーダンスの大きさの急落が１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲で異なる下落率で現われる。したがって、一実施形態では、画定された口腔領域のインピーダンス値を異なる周波数で関連付ける関数は、ある周波数範囲での下落率を反映する一次関数であってもよい。例えば、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数範囲でのインピーダンスの大きさの下落率は、頬領域、舌領域、及び唾液領域の間では全く異なることが分かる。別の実施形態では、画定された口腔領域のインピーダンス値を異なる周波数で関連付ける関数は、選択された関数が、ある周波数範囲で画定された口腔領域を他の口腔領域と区別するために使用することができるという条件で、二次関数、三次関数、四次関数、五次関数、六次関数、及び有理関数からなる群から選択されてもよい。
【００１８】
図１（ｂ）は、頬領域、舌領域、及び唾液領域の異なる周波数でのインピーダンスの位相角の典型的なばらつきを示すグラフである。図１（ｂ）のグラフのｘ軸は、１．００〜６．００の対数目盛上のヘルツ（Ｈｚ）での周波数を表わす。図１（ｂ）のグラフのｙ軸は、０°〜８０°の度（°）でインピーダンスの位相角を表わす。頬領域、舌領域、及び唾液領域は、様々な周波数で全く異なるインピーダンスの位相角を有することが分かる。例えば、唾液領域のインピーダンスの位相角は、１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚで急落し、次にほぼ１ＭＨｚまでの広範囲にわたって安定する。頬領域のインピーダンスの位相角は、１０Ｈｚ〜５０Ｈｚ（ｆｏｒｍ  １０Ｈｚ  ｔｏ  ５０Ｈｚ）の低周波で急減し、次に５０Ｈｚ〜ほぼ１０ｋＨｚで急増し、それから１ＭＨｚまでの高周波で再度減少する。舌領域のインピーダンスの位相は、１０Ｈｚ〜１００Ｈｚ（ｆｏｒｍ  １０Ｈｚ  ｔｏ  １００Ｈｚ）の低周波形態で急減し、次に、１００Ｈｚ〜１ｋＨｚで急増し、それから１ＭＨｚまでの高周波で再度減少する。一実施形態では、ある周波数範囲、例えば、１００Ｈｚ〜１ｋＨｚは、インピーダンスの位相角の下落率によって頬領域、舌領域、及び唾液領域を区別するために選択することができる。
【００１９】
本発明の口腔ケア器具は、少なくとも一部分が口腔内で用いられることを必要とする、歯ブラシ、デンタルフロス器具、口腔洗浄器、舌擦過器、歯間クリーナー、口腔器具、及び任意の他の口腔又は歯用装置の形態をとってもよい。しかしながら、便宜上、本発明を更に説明するために、以下の説明は主として歯ブラシに注目する。これらの説明は単に例示目的であって、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、以下で説明する実施形態の多くの変更が可能であるため、本発明を限定するものと解釈されることを意図するものではない。
【００２０】
構成
図２（ａ）及び２（ｂ）は、本発明の実施形態として歯ブラシ１を図示し、歯ブラシ１は、ブラシヘッド部１０とハンドル部２０とを備える。図２（ａ）は歯ブラシ１の左斜視図を示し、図２（ｂ）は歯ブラシ１の右斜視図を示す。ブラシヘッド部１０は、第１の端部１２及び対向する第２の端部１４を有する。ブラシヘッド部１０は、第１の端部１２でハンドル部２０に接続される。ブラシヘッド部１０は、歯をブラッシングするのに適している剛毛１００を備えた剛毛側１０２を含む。剛毛１００は、第１の端部１２より第２の端部１４に接近して配置される。後部側１０４は、剛毛側１０２に対向する。ブラシヘッド部１０は、第１の側１０６、及び第１の側１０６に対向する第２の側１０８を更に含む。第１の側１０６及び第２の側１０８はそれぞれ、剛毛側１０２及び後部側１０４を分ける。第１の側１０６、後部側１０４、第２の側１０８、及び剛毛側１０２は、ブラシヘッド部１０を円周方向に画定する。使用中に、ブラシヘッド部１０の少なくとも一部分はユーザーの口腔に入れられ、剛毛１００はユーザーの歯又は歯茎と接触する。ハンドル部２０は、ユーザーによって掴まれる。ハンドル部２０は、装置の様々な電気部品（例えば、後で議論される周波発電機及び他の電気部品）に電気を供給するために、その中に電池（図示されず）を含有してもよい。電池は、使い捨てであっても、又は再充電可能であってもよい。
【００２１】
図２（ａ）及び２（ｂ）を参照して、第１の電極１１０及び第２の電極１１２は、後部側１０４に配置され、第１の電極対１２００Ａを形成する。第３の電極１１４は、第１の側１０６上に且つ第２の電極１１２よりも第１の電極１１０により接近して配置される。第４の電極１１６は、第２の側１０８上に且つ第１の電極１１０よりも第２の電極１１２により接近して配置される。第１の電極１１０及び第３の電極１１４は、第２の電極対１２００Ｂを形成する。第２の電極１１２及び第４の電極１１６は、第３の電極対１２００Ｃを形成する。更なる実施形態では、第５の電極（図示されず）が後部側１０４に配置され、第１の電極１１０又は第２の電極１１２のどちらかと第４の電極対（図示されず）を形成してもよく、更には第２の電極１１２又は第１の電極１１０のどちらかと第５の電極対（図示されず）を形成してもよい。後部側１０４と画定された口腔領域との接触の全てが第１の電極対１２００Ａによって検出されることができないとき、そのような配置は特に有利である。例えば、場合によっては、１つの電極のみ（第１の電極１１０又は第２の電極１１２のどちらか）が、画定された口腔領域と接触しており、したがって接触は、この第１の電極対１２００Ａによって検出されない。第４の電極対、更には第５の電極対は、後部側１０４の比較的大きな表面積を網羅するのに役立ち、したがって、後部側１０４と画定された口腔領域とのいかなる接触も検出されることができるのを確実にするであろう。更なる実施形態では、画定された口腔領域とのより精密な接触情報を可能にするために、必要に応じて追加の電極対がブラシヘッド部１０のまわりに配置されてもよい（コスト制約、表面積の範囲、及び必要とされる精度を含み得る因子次第で）。各電極は、導電性樹脂又は金属材料を使用してもよく、ブラシヘッド部１０と一体的に形成されてもよく、又はブラシヘッド部１０に組み立てられる／接続されてもよい。
【００２２】
電極対１２００Ａ、１２００Ｂ、及び１２００Ｃはそれぞれ、電気回路内で電気通信し、通電時に電極対１２００Ａ、１２００Ｂ、及び１２００Ｃのそれぞれの間でインピーダンスが生じ得る。
【００２３】
図３は、本発明の一実施形態による、電極対と画定された口腔領域との接触情報を決定する電気回路を例示するブロック図を示す。図３では、図２（ａ）及び２（ｂ）に示される第１の電極対１２００Ａ、第２の電極対１２００Ｂ、及び第３の電極対１２００Ｃのうちの任意の１つを参照するために、電極対１２００が使用される。図３を参照すると、電極対１２００間に少なくとも２つの異なる周波数で電圧を印加するために、周波発電機１３００は電極対１２００に電気的に接続される。周波発電機１３００と電極対１２００との間の電気的接続は、例えば、可撓性の銅線又はケーブルを介する電線接続によって達成され得る。周波発電機１３００は好ましくは、１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、又は５０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、又は１ＭＨｚの範囲の周波数を発生させるために動作可能であるが、他の周波数範囲も可能である。一実施形態では、周波発電機１３００は２つの周波数間で交互して交互に発生させてもよい。あるいは、周波発電機１３００は、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、１０又はそれ以上の周波数の間で交互に発生させてもよい。あるいは更には、周波発電機１３００は、非固定の周波数スペクトル、例えば、正弦波形、矩形波形、三角波形、のこぎり波形、及びこれらの組み合わせから選択される波形で発生させてもよい。周波数値及び波形の選択は、画定された口腔領域の固有の伝導度／誘電性に依存され得る。例えば、周波数が周波数範囲で変化するとき、画定された口腔領域のインピーダンスが他の口腔領域とは著しく異なる傾向で変化する場合、画定された口腔領域を他の口腔領域と容易に区別するように、その周波数範囲が選択されてもよい。周波発電機１３００は、Ｈａｒｒｉｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製（Ｍｅｌｂｏｕｒｎｅ，Ｆｌｏｒｉｄａ）又はＨｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｐａｌｏ  Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）製を用いてもよい。
【００２４】
インピーダンス測定ユニット１１００は、異なる周波数で電極対の間のインピーダンス値を測定するために、電極対１２００に電気的に結合される。一実施形態では、インピーダンス測定ユニット１１００は、例えば、可撓性の銅線又はケーブルを介する電線接続によって、電極対１２００に物理的に接続されてもよい。別の実施形態では、インピーダンス測定ユニット１１００は、例えば、レーザー及び圧電変換器を使用して、電極対１２００に無線連結されてもよい。（例えば、Ｈｙｕｎ−Ｊｕｎ  Ｐａｒｋ，Ｈｏｏｎ  Ｓｏｈｎ，Ｃｈｕｎｇ−Ｂａｎｇ  Ｙｕｎ，Ｊｏｓｅｐｈ  Ｃｈｕｎｇ  ａｎｄ  ＩＩ−Ｂｕｍ  Ｋｗｏｎ．Ａ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｇｕｉｄｅｄ  ｗａｖｅ  ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｌａｓｅｒ  ａｎｄ  ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．Ｓｍａｒｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｖｏｌ  ６，Ｎｏ．５〜６，２０１０，７４９〜７６５を参照のこと）。インピーダンス測定ユニット１１００は、ブリッジ方式（ホイーストンブリッジ方式など）、共振方式、Ｉ−Ｖ（電流−電圧）方式、ＲＦ（無線周波数）Ｉ−Ｖ方式、ネットワーク分析方式、自動平衡ブリッジ法、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される測定方法に従ってもよい。インピーダンス測定方法の選択は、周波数範囲、測定範囲、測定精度、及び操作の容易さなどいくつかの因子に依存し得る。例えば、自動平衡ブリッジ法は１ＭＨｚ〜１１０ＭＨｚの範囲の広い周波数の高精度の測定を確実なものにすることができ、ＲＦＩ−Ｖ方式は、１００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの範囲の周波数について最良の測定能力を有することができ、ネットワーク分析は、周波数が３ＧＨｚ以上の範囲のとき、推奨される技法であり得る。インピーダンス測定ユニット１１００は、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製（Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）を用いてもよい。
【００２５】
接触決定ユニット１０００は、接触情報を決定するために、インピーダンス測定ユニット１１００と通信する。電極対１２００に電気が通り、画定された口腔領域と接触しているとき、画定された口腔領域を通り抜ける電流で閉回路が形成される。画定された口腔領域のインピーダンスは、電流への反応として測定され、画定された口腔領域の伝導度／誘電性を表わす。異なる口腔領域は、異なる組成物及び構造のため、異なる伝導度／誘電性の測定を有し得る。例えば、特定の口腔領域がより多くの水を含有していればいるほど、より導電性があり、したがって、そのインピーダンスは周波数の広い範囲にわたってより一定している（より少ない水を有する領域と比較して）。本発明は、異なる電気的な周波数における様々な口腔領域の異なる伝導度／誘電性に基づく。したがって、接触決定ユニット１０００は、関数を格納するためのメモリ１０１０を含んでもよく、関数は、画定された口腔領域のインピーダンス値を異なる周波数で関連付ける。図１（ａ）及び１（ｂ）に関して上記で議論されたように、関数は、頬領域、舌領域、及び唾液領域からなる群から選択される１つ以上の口腔領域を関連付けしてもよい。接触決定ユニット１０００は、電極対１２００と画定された口腔領域との接触情報を決定するように、測定されたインピーダンス値を格納された関数に処理するためのプロセッサ１０２０を更に含み得る。メモリ１０１０及びプロセッサ１０２０は、任意の形態でそれぞれ独立して具体化されてもよく、任意の形態で互いに結合されてもよい。メモリ１０１０及びプロセッサ１０２０のいくつかの例並びにその結合は、例えば、ＵＳ２０１３０１７６７５０Ａ１号４２６項〜４３１項に見出すことができる。
【００２６】
周波発電機１３００、インピーダンス測定ユニット１１００、及び接触決定ユニット１０００は、プリント基板（ＰＣＢ、図示されず）に一体化されてもよい。ＰＣＢは、ブラシヘッド部１０に収容されてもよく、又は図２（ａ）及び２（ｂ）に示されるようにハンドル部２０に収容されてもよい。一実施形態では、ＰＣＢはハンドル部２０に収容される。図４（ａ）〜４（ｃ）を参照して、この場合、電極１１０、１１２、１１４、及び１１６は、ブラシヘッド部１０とハンドル部２０とを接続するコネクタ１５を介してＰＣＢに接続されてもよい。ブラシヘッド部１０は、コネクタ１５を受け入れる本質的に円筒形の中空の管１６を含んでもよい。中空の管１６は、内壁１６２及び外壁１６４を有してもよい。コネクタ１５は、中空の管１６の少なくとも一部分に装入可能で且つ中空の管１６とロック可能である外面１５２を有してもよい。ブラシヘッド部１０とコネクタ１５との間の電気的接続は、中空の管１６の内壁１６２及びコネクタ１５の外面１５２に配置された導体１１０’、１１２’（図示されず）、１１４’、１１６’、１１０”、１１２”、１１４”、及び１１６”によって達成される。中空の管１６の内壁１６２に配置された導体の数は、電極の数と同等であるべきである。各電極は、線を介して中空の管１６の内壁１６２のそのそれぞれの導体に接続され得る。例えば、図４（ｃ）に示されるように、第１の電極１１０は線１２０を介して導体１１０’に接続される。線１２０は、中空の管１６の内壁１６２と外壁１６４との間に埋設され得る。あるいは、線は中空の管の内壁に装着されてもよい。第１の電極１１０、線１２０、及び導体１１０’は、一体的に形成されてもよく、又は共に組み立てられる／接続されてもよい。コネクタ１５は、同様の方法でハンドル部２０に電気的に接続されてもよい。
【００２７】
図５は、特定の実施形態による、接触情報を決定するための電気回路を含む歯ブラシを例示するブロック図を示す。図５を参照して、歯ブラシ１は位置決定ユニット５０００を更に備える。位置決定ユニット５０００は、少なくとも決定された接触情報に基づいて歯ブラシ１の口腔位置を決定するために、接触決定ユニット１０００と通信してもよい。本明細書で使用するとき、用語「接触情報」は、電極対が配置されているブラシヘッド部の所定の側（例えば、図２（ａ）及び２（ｂ）に示されるように、剛毛側１０２、後部側１０４、第１の側１０６、及び第２の側１０８）が、画定された口腔領域と接触しているかどうかに関する。この情報に基づいて、口腔位置が推定され得る（所定の時点で）。例えば、図２（ａ）及び２（ｂ）を再び参照して、後部側１０４がブラッシング中に頬と接触している場合、ブラシヘッド部１０の口腔位置は、剛毛側１０２が歯に面している状態で頬と歯との間であると想定することができる。
【００２８】
図５を参照して、口腔位置を検出する（すなわち、接触情報より更に詳しい位置を提供する）ために、歯ブラシは、位置決定ユニット５０００と通信する配向決定ユニット２０００を更に含んでもよい。配向決定ユニット２０００は歯ブラシ１の配向情報を得るように構成されてもよく、位置決定ユニット５０００は、得られた配向情報に基づいて更に口腔位置を決定するように構成されてもよい。配向決定ユニット２０００は、３軸加速度計、３軸ジャイロスコープ、地磁気センサー、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されてもよい。一実施形態では、図６を参照して、３軸（ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸）加速度計（図示されず）は、ハンドル部２０の内部に、例えば、ハンドル部２０の内部でＰＣＢ（図示されず）に装着されて提供される。ｘ軸は剛毛側１０２に平行であり且つ歯ブラシ１の長手方向に伸びる軸Ｌに直交し、ｙ軸は歯ブラシ１の長手方向に伸びる軸Ｌと一致し、ｚ軸は剛毛側１０２に直交するように、加速度計が取り付けられてもよい。歯ブラシ１の配向を示すために、重力加速度ベクトルが使用されてもよい。例えば、歯ブラシ１の長手方向に伸びる軸Ｌが水平のテーブル表面に直交である状態で、歯ブラシ１が水平のテーブル表面に垂直に立っているとき、重力加速度ベクトルはｙ軸に平行である。歯ブラシ１の長手方向に伸びる軸Ｌが水平面に平行であり且つブラシヘッド部１０の剛毛側１０２が上方を向いた状態で、歯ブラシ１が水平に置かれるとき、重力加速度ベクトルはｚ軸に平行である。歯ブラシ１の長手方向に伸びる軸Ｌが水平面に平行であり且つ剛毛側１０２が側面を向いた状態で、歯ブラシ１が水平に置かれるとき、重力加速度ベクトルはｘ軸に平行である。
【００２９】
一実施形態では、３軸加速度計はマイクロ電気機械システム（ＭＥＭ）を含む。更なる実施形態では、加速度計は、圧電抵抗式ＭＥＭＳ、静電気容量式ＭＥＭＳ、熱検出式ＭＥＭＳ、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるＭＥＭＳセンサーを含む。ＭＥＭＳセンサーは非常に小さく、したがって、歯ブラシに容易に組み込むことができる。特に示されていないが、加速度計のそれぞれの軸の感度のバランス、感度の温度特性、温度ドリフト等を補正するための補正回路を提供することは有益である。更に、動的加速度成分、ノイズ等を除去するために帯域通過フィルター（低域フィルター）が備えられてもよい。更にまた、ノイズは、加速度計からの出力の波形を平滑化することにより低減されてもよい。
【００３０】
図５を再び参照して、歯ブラシ１は、剛毛の温度を検知するための赤外線センサー３１００、及び検知された剛毛の温度に基づいて、剛毛と歯又は歯茎との接触情報を識別するための、赤外線センサー３１００と通信するブラッシング識別ユニット３０００を更に含んでもよい。赤外線センサー３１００は、各剛毛の温度を検知することができてもよい。あるいは、剛毛側１０２に面する物体の温度を検知するために、赤外線センサー３１００が、図２（ａ）及び２（ｂ）に示されるようにブラシヘッド部１０の剛毛側１０２に配置されてもよい。歯みがき中に剛毛側１０２に面する物体は、歯又は歯茎であり得る。ブラッシング識別ユニット３０００は、検知された温度に基づいて、剛毛側１０２が歯又は歯茎に面しているかどうかを識別するように構成されてもよい。位置決定ユニット５０００は、ブラッシング識別ユニット３０００と通信し、剛毛と歯又は歯茎との識別された接触情報に更に基づいて、口腔位置を決定するように構成されてもよい。赤外線センサー３１００は、ブラシヘッド部の剛毛側に、又は更には剛毛上に配置されてもよく、あるいは剛毛温度検知が作動し得る任意の他の場所に配置されてもよい。赤外線センサー３１００は、熱電対又は熱電対列であってもよいが、これらに限定されない。
【００３１】
歯ブラシ１は、タイマー４０００を更に含んでもよい。タイマー４０００は、口腔位置で持続時間を測定するように構成されてもよい。ディスプレイ６０００は、歯ブラシ１と通信して備えられてもよい。ディスプレイ６０００は、各口腔位置で持続時間を表示するように構成されてもよい。ディスプレイ６０００は、歯ブラシ１に一体化されてもよく、又は歯ブラシ１から物理的に分離してもよい。インジケーター７０００もまた、歯ブラシ１とデータ通信して備えられてもよい。インジケーター７０００は、持続時間が所定の時間より短いか長いかを示すように構成されてもよい。インジケーター７０００は、歯ブラシ１に一体化されてもよく、又は歯ブラシ１から物理的に分離してもよく、又は更にはディスプレイ６０００の一部としてもよい。
【００３２】
接触情報決定
歯みがきサイクル中、歯ブラシヘッドの側面によって接触され得る口腔領域は主に、頬領域、舌領域、及び唾液領を含み、同時に歯ブラシヘッドに配置された剛毛は歯及び／又は歯茎と接触している。
【００３３】
図２（ａ）及び２（ｂ）を再び参照して、４つの電極１１０、１１２、１１４、及び１１６が、歯ブラシ１のブラシヘッド部１０の第１の側１０６、後部側１０４、及び第２の側１０８に備えられる。これらの４つの電極１１０、１１２、１１４、及び１１６は、第１の側１０６、後部側１０４、及び第２の側１０８のそれぞれが、画定された口腔領域と接触しているかどうかを決定するために使用することができる３つの電極対１２００Ａ、１２００Ｂ、及び１２００Ｃを構成する。画定された口腔領域は、頬領域、舌領域、唾液領域、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されてもよい。
【００３４】
作動中に、電極対１２００Ａ、１２００Ｂ、及び１２００Ｃ（以下、集団的に「電極対１２００」と記載される）はそれぞれ、電圧で通電され、その間にインピーダンスが生じる。電圧は、好ましくは、ＡＣ（交流）電源（例えば、プラグ接続できるコンセント）によって供給され得る。図３を再び参照すると、次に、少なくとも２つの異なる周波数が周波発電機１３００によって、通電した電極対１２００の間の電圧に印加される。通電した電極対１２００の間に生じるインピーダンスのインピーダンス値は、インピーダンス測定ユニット１１００によって、印加された異なる周波数で測定される。電極対１２００Ａ、１２００Ｂ、及び１２００Ｃのそれぞれの測定は、同時又は順次であってもよい。関数は、画定された口腔領域のインピーダンス値を印加された異なる周波数で関連付けるように定義され、接触決定ユニット１０００のメモリ１０１０に格納される。次に、測定されたインピーダンス値は、接触決定ユニット１０００のプロセッサ１０２０で格納された関数に処理される。測定されたインピーダンス値がその格納された関数を満たす場合、画定された口腔領域との接触が決定される。
【００３５】
次の考察は、頬領域、舌領域、及び唾液領域のインピーダンスの大きさのばらつきに基づいて、接触情報決定を更に説明する。図１（ａ）に関して上記で論じられたように、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲の周波数でのインピーダンスの大きさの下落率は、頬領域、舌領域、及び唾液領域の間で全く異なる。更に有利なことには、周波数が１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲で増加するとき、これらの３つの領域の全てのインピーダンスの大きさは、ほとんど直線的に下落する。これは、これら３つの口腔領域を互いに区別するために非常に単純な一次関数を使用することを可能し、単に２つの異なる周波数でのインピーダンスの大きさを必要とするので、計算に非常に低い電力を消費する。しかしながら、３つ以上の周波数にわたってインピーダンスの大きさのばらつきを反映する他の周波数範囲及び他の関数が本発明を達成するために使用されてもよいことが当業者に容易に理解される。図１（ｂ）に示されるようなインピーダンス位相などの他のインピーダンス値が代わりに使用される、又は更には接触情報を決定するために追加的に使用されてもよいことも当業者に容易に理解される。
【００３６】
図１（ａ）を参照して、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数範囲で頬領域、舌領域、及び唾液領域を区別するために使用することができる一次関数は、Ａ１／Ａ２の比を含んでもよく、Ａ１は第１の周波数で測定された第１のインピーダンスの大きさ、Ａ２は第２の周波数で測定された第２のインピーダンスの大きさである。頬領域、舌領域、及び唾液領域を識別するための限界を設定するために、２つの閾値定数を用いることができる。例えば、第２の周波数が第１の周波数より大きい場合、Ａ１／Ａ２が第１の閾値定数ａ未満であるとき、唾液領域として識別することができる。Ａ１／Ａ２が第２の閾値定数ｂ以上であるとき、頬領域として識別することができる。Ａ１／Ａ２が第２の閾値定数ｂ未満であり且つ第１の閾値定数ａ以上であるとき、舌領域として識別することができる。
【００３７】
閾値定数の値は、実験によって決定されてもよい。例えば、第１の閾値定数ａは１．２〜１．４であってもよい。なぜなら舌領域との接触によってこの値を容易に超えることができる一方で、唾液領域との接触によって通常この値に到達することができないからである。舌領域との接触と唾液領域との接触とを区別する際に、第２の閾値定数ｂは１．７〜２．１であってもよい。
【００３８】
１つ以上の関数は定義され、メモリ１０１０に格納されてもよい。１つ以上の関数はそれぞれ、１つの画定された口腔領域のインピーダンス値を、印加された異なる周波数で関連付ける。プロセッサ１０２０は、測定されたインピーダンス値が満たす（もしあれば）関数を探し出すために、測定されたインピーダンス値をそれぞれの１つ以上の関数に１つずつ処理してもよい。
【００３９】
図７は、歯ブラシのブラシヘッド部の側面が、唾液領域、舌領域、及び頬領域から選択される口腔領域と接触しているかどうかを決定するための例示的な接触決定工程を示す。側面は電圧を備えた電極対を有し、その間にインピーダンスを生じさせる。電極対への印加される異なる周波数は、第１の周波数（例えば、１０ｋＨｚ）及び第２の周波数（例えば、１００ｋＨｚ）を含む。Ａ１は、第１の周波数（Ｓ１０）で電極対の間で測定される第１のインピーダンス値（例えば、インピーダンスの大きさ）である。Ａ２は、第２の周波数（Ｓ１０）で電極対の間で測定される第２のインピーダンス値（例えば、インピーダンスの大きさ）である。Ａ１とＡ２との任意の１つがインピーダンスの大きさの閾値（例えば、１００ｋΩ）未満（Ｓ３０が「はい」）である場合、側面は、唾液領域、舌領域、又は頬領域と接触していないと認識される（Ｓ４０）。インピーダンスの大きさの閾値は、第１及び第２の周波数で唾液領域、舌領域、又は頬領域について入手可能な最大のインピーダンスの大きさ以上の値であってもよい。Ａ１もＡ２もどちらもインピーダンスの大きさの閾値１００ｋΩより大きくない（Ｓ３０が「いいえ」）場合、側面は、唾液領域、舌領域、又は頬領域と接触しており、したがって工程はＳ５０に進む。Ａ１／Ａ２の比が１．４未満（Ｓ５０が「はい」）である場合、側面は、唾液領域と接触している（Ｓ６０）。Ｓ５０の答えが「いいえ」である場合、工程はＳ７０に進む。Ａ１／Ａ２の比が１．４以上であるが、１．８未満（Ｓ７０が「はい」）である場合、側面は、舌領域と接触している（Ｓ８０）。Ｓ７０の答えが「いいえ」である場合、工程はＳ９０に進む。Ａ１／Ａ２の比が１．８以上（Ｓ９０が「はい」）である場合、側面は、頬領域と接触している（Ｓ１００）。Ｓ９０の答えが「いいえ」である場合、エラーメッセージが返される（Ｓ１１０）。エラーはＡ１とＡ２のどちらか又は両方が、短絡又は他の故障があり得ることを指す０である結果であり得る。Ｓ１１０でエラーメッセージを提供するのではなく、Ｓ１０〜Ｓ９０の工程は代わりに、接触情報（接触なし、及び唾液領域、舌領域、又は頬領域との接触を含めて）が認識されるまで繰り返されてもよいことに留意されたい。周波数の値、インピーダンスの大きさの閾値、及び比の値を含むこの例示的な接触決定工程で示される全ての値は、特定のユーザー（単数又は複数）に合わせるために調整される又は変更されてもよいことも留意されたい。
【００４０】
接触決定工程全体は、１秒、５００ミリ秒、５０ミリ秒、１０ミリ秒、又は５ミリ秒以内に起こり得る。接触決定工程全体は、歯みがき作動中に１秒、２秒、３秒、５秒、又は８秒毎に自動的に繰り返され得る。印加された異なる周波数でのインピーダンス値は、好ましくは、５００ミリ秒、３００ミリ秒、１００ミリ秒、５０ミリ秒、１０ミリ秒、５ミリ秒、又は更には１ミリ秒未満の時間間隔以内に測定される。これは、インピーダンス値のばらつきがブラシの動きではなく周波数の変化によるものであることを保証するのに役立つ。
【００４１】
実際には、一旦歯ブラシのブラシヘッド部が口腔に入り、ユーザーが歯みがきを始めると、唾液層がブラシヘッド部を取り囲むであろう。ブラシヘッド部が頬又は舌と接触しているとき、接触圧力が形成されて唾液層を非常に薄くする。この非常に薄い唾液層は、頬又は舌との接触が検出できないように、直流（ＤＣ）回路の電極対の間でインピーダンスに著しく影響を与えるであろう。しかしながら、変化する周波数で電圧を有する交流回路では、頬及び／又は舌のインピーダンスが唾液のインピーダンスよりはるかに著しく変化する適切な周波数範囲を選択することによって、頬又は舌との接触を検出する際にこの非常に薄い唾液層は無視することができる。本発明は有利にこの発見を利用し、正確な接触情報決定を提供する。
【００４２】
口腔位置測定
歯ブラシの口腔位置は、歯帯に面するブラシヘッド部の剛毛側によって画定されてもよい。歯帯は、歯の領域又は部位を意味する。歯帯の数及び位置は、特定の用途によって異なってもよい。一例では、図８に示されるように、１８の歯帯がユーザーの歯の周りで分割される。これらの１８の歯帯は、口腔内のそれぞれ固有の位置によって互いに識別される。これらの歯帯は、左上奥歯の頬側（帯ａ）、左上奥歯の咬合側（帯ｂ）、左上奥歯の舌側（帯ｃ）、上前歯の前側（帯ｄ）、上前歯の咬合側（帯ｅ）、上前歯の舌側（帯ｆ）、右上奥歯の舌側（帯ｇ）、右上奥歯の咬合側（帯ｈ）、右上奥歯の頬側（帯ｉ）、左下奥歯の頬側（帯ｊ）、左下奥歯の咬合側（帯ｋ）、左下奥歯の舌側（帯ｌ）、下前歯の舌側（帯ｍ）、下前歯の咬合側（帯ｎ）、下前歯の前側（帯ｏ）、右下奥歯の舌側（帯ｐ）、右下奥歯の咬合側（帯ｑ）、及び右下奥歯の頬側（帯ｒ）を含む。
【００４３】
一実施形態では、ブラシヘッド部の口腔位置は、ブラシヘッド部の各側と頬領域、舌領域、及び唾液領域との接触情報に基づいて決定される。表１は、剛毛側１０２が各歯帯に面しているときの図２（ａ）及び２（ｂ）に示されるブラシヘッド部１０の第１の側１０６、後部側１０４及び第２の側１０８の例示的な接触情報を示す。
【００４４】
【表１】
0006258503.tif 000002
【００４５】
各歯帯に対するこの例示的な接触情報は、歯みがき中に平均９０％の正確さを有することが４人の無作為の被験者によって証明されている。試験は、被験者に特定の順番で１８の歯帯を歯みがきするように求め、各歯帯の接触情報を記録し、次に、表１に示されるように、記録した接触情報を例示的な接触情報と比較することによって行われる。正確さ及び精度は、より多くのユーザーのデータを収集しブラッシング中にブラシヘッド部の各側によって接触される口腔領域を調整することで更に改善され得る。例えば、いくらかの人は、上前歯の前側及び下前歯の前側をブラッシングしているときに、図２（ａ）及び２（ｂ）に示されるブラシヘッド部１０の第１の側１０６及び第２の側１０８と唇が接触している場合があり得る。
【００４６】
表１に示される例示的な接触情報に基づくと、同じ接触情報を有するいくつかの歯帯、例えば、帯ａ及び帯ｒがあるので、接触情報のみに基づいて互いを識別することはできない。更には、帯ｄ、ｅ、ｆ、ｍ、ｎ、及びｏは、頬又は舌との接触がないので、互いに識別することができない。
【００４７】
したがって、更なる実施形態では、ブラシヘッド部の口腔位置は、接触情報を歯ブラシの配向情報と組み合わせることによって決定される。配向情報は、剛毛側と水平面との間に形成された配向角を含むことができる。図６に示されるように、歯ブラシ１内に取り付けられた３軸（ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸）加速度計では、加速度計のｘ軸は、剛毛側１０２に平行であり且つ歯ブラシ１の長手方向に伸びる軸Ｌに直交であるので、加速度計のｘ軸と水平面との間に形成された角度は配向角として得られてもよい。
【００４８】
便宜上、配向角によって画定されたブラシの配向は、図９に示されるようにＡ〜Ｈの８つの配向セクターに分けられてもよい。セクターＡ〜Ｆはそれぞれ６０度の大きさである。セクターＧは、セクターＡとＢとの組み合わせである。セクターＨは、セクターＤとＥとの組み合わせである。これらの８つの配向セクターは、図８に示されるような１８の歯帯が歯みがき中にブラッシングされるときの８つの典型的なブラシ配向に相当する。例えば、セクターＡは、左上奥歯の舌側（帯ｃ）がブラッシングされるときのブラシ配向に相当し、一方セクターＢは、左下奥歯の舌側（帯ｌ）がブラッシングされるときのブラシ配向に相当する。セクターＡでの配向角は約６０°である。セクターＢでの配向角は約１２０°である。表２は、各配向セクターでの歯ブラシ１の配向角及びブラッシングされる可能性がある歯帯を示す。
【００４９】
【表２】
0006258503.tif 000003
【００５０】
表３は、図８に示されるような１８の歯帯がそれぞれ、どのように接触情報と配向情報との組み合わせによって識別されるかを示す。以前にブラッシングされた歯帯は、頬又は舌との接触情報が得られない前歯に関して、歯帯を識別するために考慮に入れられる。これは、ユーザーは一般に１つの帯から隣接した別の帯へ歯をブラッシングするという仮定に基づいている。表３によって表わされるアルゴリズムは、１８の歯帯全てを互いに区別するために位置決定ユニット５０００（図５）にプログラムされてもよい。
【００５１】
【表３】
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【００５２】
したがって、１８の歯帯全てが本発明によって、低価格で、非侵入的、高精度且つ正確な方法で識別される。本発明によれば、ユーザーは、侵入的であると見なされ得る追加の器具を装着する必要がない。加速度計のみを使用するシステムの場合とは異なり、頭の動き及びブラッシング中に歩き回ることは、本発明の位置検出を妨害しないので、良好な精度及び正確さが提供される。接触決定は、有利にコスト効率が高い大量生産で歯ブラシに導電性ペーストとして容易に注入することができる電極対に依存する。
【００５３】
更に別の実施形態では、ブラシヘッド部の口腔位置は更に、歯／歯茎のブラッシング識別工程によって決定される。歯と歯茎との間に温度差がある。血液が通っていない歯に比べて、血液が通っている歯茎の温度の方が高い。図５を再び参照して、温度はブラッシング中に赤外線センサー３１００によって得られる。温度は、剛毛の温度、又はブラシヘッド部１０の剛毛側１０２（図２（ａ）及び２（ｂ）を参照）に面する物体の温度であり得る。温度が第１の閾値（例えば、３４．５℃）超である場合、歯茎がブラッシングされていると決定される。剛毛の温度が、第１の閾値未満であり且つ第２の閾値（例えば、３１℃）以上である場合、歯がブラッシングされていると決定される。赤外線センサーが各剛毛の温度を検知することができる場合には、温度マップは、何本の剛毛が歯をブラッシングし、何本の剛毛が歯茎をブラッシングしているのかを識別するように、全ての剛毛に対してプロットされてもよい。
【００５４】
この歯／歯茎のブラッシング識別情報は、各歯帯のブラッシング時間がフィードバックとして記録されるとき、特に有利である。このブラッシング識別工程によって、ユーザーがより精密且つより正確なブラッシングフィードバックを得ることができるように、歯茎のブラッシング時間と歯のブラッシング時間とが別々に記録され得る。
【００５５】
ユーザーインターフェース
図５に示されるように、ディスプレイ６０００及びインジケーター７０００は、口腔位置と対応付けられた情報を表示し指示するために、ユーザーインターフェースとして提供されることができ、その結果、ユーザーがこの情報に基づいてブラッシングの手順を最適化することによってブラッシングの質を改善することができる。
【００５６】
一実施形態では、ディスプレイ６０００は、図８に示されるように１８の歯帯を説明する図を含む。ブラッシング中にブラッシングされた又はブラッシングされている歯帯を照らすことによって、リアルタイムのフィードバックが提供されてもよい。別のリアルタイムのフィードバックは、歯帯が十分なブラッシングを受けた場合に緑色を示し、十分なブラッシングを受けなかった場合に赤色を示すことにより提供されてもよい。更に、過剰なブラッシングの場合に歯帯が点滅してもよい。ブラッシング中及び／又はブラッシング後に各歯帯に使った時を示すことにより、要約フィードバックが提供されてもよい。飛ばされた歯帯がないか、又は全ての歯帯が適切にブラッシングされたかを示すことによって、総合的なブラッシング結果が提供されてもよい。そのようなフィードバックは、飛ばされた又は十分な時間ブラッシングされなかった歯帯を再度ブラッシングするようにユーザーを動機づける。他の実施形態として、歯ブラシ１がスマートフォンに無線で接続され、スマートフォンの画面をディスプレイ６０００として使用することができてもよい。
【００５７】
一実施形態では、インジケーター７０００は、１つの歯帯に使用された時間が所定の時間より長いとき、ブラッシング歯帯を変えるようにユーザーに指示する視覚信号、オーディオ信号及び／又は物理的な信号を提供する。信号は、歯ブラシ１上に、又はディスプレイ６０００上に具現化されてもよい。例えば、物理的な信号は、歯ブラシ１の振動を含んでもよい。
【００５８】
一実施形態では、インジケーター７０００は、ある歯帯に到達するとき、ホワイトニング有効成分など特定の有効成分を歯面に送達するようにユーザーに指示する視覚信号、オーディオ信号及び／又は物理的な信号を提供する。
【００５９】
口腔位置と対応付けられる更なる情報は、ＷＯ２００８０６０４８２Ａ２号、ＷＯ２０１１７７２８２Ａ１号の２４項〜２６項、及びＵＳ８４７９３４１Ｂ２号の１５欄〜１６欄に開示されるようなものが、ユーザーに役立つためにユーザーインターフェースによって提供されてもよい。情報は全て、同時に又は順次に、表示される又は指示されてもよい。ユーザーは、表示される又は指示される情報のコントロールを有してもよい。
【００６０】
本明細書に開示した寸法及び値は、記載された正確な数値に厳密に限定されるものと理解されるべきではない。それよりむしろ、特に指定されない限り、こうした各寸法は、列挙された値とその値周辺の機能的に同等の範囲の両方を意味することを意図する。例えば、「４０ｍｍ」として開示される寸法は、「約４０ｍｍ」を意味することを意図する。
【００６１】
相互参照されるか又は関連する全ての特許又は特許出願、及び本願が優先権又はその利益を主張する任意の特許出願又は特許を含む、本願に引用される全ての文書は、特に除外すること又は限定することを明言しない限りにおいて、その全容にわたって本願に組み込まれる。いかなる文献の引用も、それが本明細書において開示されているか若しくは特許請求の範囲に記載されているいずれかの発明に関する先行技術であることを認めるものではなく、あるいはそれが単独で又は他のいかなる参考文献（単数若しくは複数）とのいかなる組み合わせにおいても、かかる発明を教示する、提案する、又は開示することを認めるものではない。更に、本文書での用語の任意の意味又は定義の範囲が、参照により組み込まれた文書中の同様の用語の任意の意味又は定義と矛盾する場合には、本文書中で用語に割り当てられる意味又は定義に準拠するものとする。
【００６２】
本発明の特定の実施形態が説明及び記載されてきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び修正を実施できることが当業者には明白であろう。したがって、本発明の範囲内に含まれるそのような全ての変更及び修正は、添付の特許請求の範囲にて網羅することを意図したものである。
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
0006258503.tif 000009
【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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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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