(57)【要約】３点力センシング装置は、装置に加えられる力の選択範囲に亘って抵抗が線形に又は単調に変化する３つの間隔が置かれたセンサ部材を含む。ブラシ部材は、ブラシヘッドとブラシヘッド本体との間に配置されるフレックス回路内に、三角形に配置される。ブラシヘッドはその底面に３つの隆起部を有し、これらは、バネの関係でセンサ部材に付勢される。導電性のトレースラインがセンサ部材から歯ブラシの長さ方向に沿って、歯ブラシの後端におけるコネクタまで延在する。マイクロプロセッサは、ブラシヘッドに力が加えられると抵抗の変化を評価するよう使用され、歯に対するｚ方向の力と、ブラシヘッドの基部と平行なｘ及びｙ方向における平面における動作を決定する。
2004506462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯ブラシ用の３点力センシング装置であって、
歯ブラシ本体と、
間隔が置かれ、加えられる力に反応する３つのセンサ部材と、
上記３つのセンサ部材から延在するセンサ部材接続と、
ブラシヘッドの底面に設けられ、上記３つのセンサ部材と接触する３つの隆起部とを含み、
上記３つのセンサ部材は、上記歯ブラシ本体の中で上記ブラシヘッドの下に配置され、上記ブラシヘッドは、ユーザの歯に接する上記ブラシヘッドへの力に応答して上記センサ部材に対し動くよう取付けられ、上記センサ部材は力が加わると変化する選択された特性を有し、
上記センサ部材接続は、上記３つのセンサ部材の上記特性の変化に応答して上記ブラシヘッドへの力を計算するプロセッサに接続可能であり、
上記ブラシヘッドへの力の変化により、上記センサ部材への力は上記隆起部を介して変化し、それにより、上記センサ部材の上記選択された特性が特定可能に変化し、従って、ユーザの歯に接する上記ブラシヘッドの毛の方向における力を決定することができる装置。
【請求項２】
第１及び第２のセンサ部材は、上記ブラシヘッドの近位端の付近で同一の横の平面に配置され、第３のセンサ部材は上記ブラシヘッドの遠位端の付近で、上記第１及び上記第２のセンサ部材の横方向における位置の略中間点に配置される請求項１記載の装置。
【請求項３】
上記接続は、各センサ部材と、上記歯ブラシ本体の後端の付近に配置されるコネクタ組立体との間に延在する導電性のトレースコネクタである請求項１記載の装置。
【請求項４】
上記接続は、各センサ部材と、上記歯ブラシ本体に配置される処理回路との間に延在する導電性のトレース接続である請求項１記載の装置。
【請求項５】
上記センサ部材及び上記トレースコネクタは、防水性のフレックス回路の一部を形成する請求項３記載の装置。
【請求項６】
上記センサ部材は、感圧性のインクからなるパッド組立体を含む請求項５記載の装置。
【請求項７】
上記センサ部材はそれぞれ、感圧性のインクからなり、互いに略重なり合う２つのパッドと、上記２つのパッドの外面上にある２つの導電コネクタ部材とを含み、上記トレースコネクタは上記コネクタ部材から延在する請求項６記載の装置。
【請求項８】
各センサ組立体内の上記２つのパッドが、上記ユーザから圧力が加えられることなく互いに接触するよう上記センサ部材に予め荷重をかける手段を含み、上記センサ部材に予め荷重される力は、通常に加えられる力が正の力であるようにされる請求項７記載の装置。
【請求項９】
上記センサ部材の上記選択された特性は、上記センサ部材の抵抗であり、これは加えられる力の選択範囲に亘って周知の方法で変化する請求項１記載の装置。
【請求項１０】
上記選択範囲は、２０−１０００グラムの力である請求項９記載の装置。
【請求項１１】
上記隆起部は、上記ブラシヘッドの基部と一体である一部である請求項１記載の装置。
【請求項１２】
上記センサ部材を有する上記フレックス回路は、ブラシヘッド本体と、上記ブラシヘッドの上記隆起部との間で、２つの間隔が置かれたバネ組立体により予め荷重がかけられる状態で保持され、上記２つのバネ組立体は、上記ブラシヘッドが上記歯ブラシ本体に対し僅かに動くことを可能にし、その動きには上記ブラシヘッドへの力に応答して上記歯ブラシ本体に近づく及び遠ざかることが含まれる請求項８記載の装置。
【請求項１３】
上記３つのセンサ部材の抵抗の変化により、歯に接する毛の方向における力と、上記ブラシヘッドの基部に平行な面における相対動作を決定することができる請求項９記載の装置。
【請求項１４】
歯ブラシ用の力センシング装置であって、
歯ブラシ本体と、
間隔が置かれ、加えられる力に反応する少なくとも１つのセンサ部材と、
上記センサ部材から延在するセンサ部材接続と、
ブラシヘッドの底面に設けられ、上記センサ部材と接触する少なくとも１つの隆起部とを含み、
上記少なくとも１つのセンサ部材は、上記歯ブラシ本体の中で上記ブラシヘッドの下に配置され、上記ブラシヘッドは、ユーザの歯に接する上記ブラシヘッドへの力に応答して上記センサ部材に対し動くよう取付けられ、上記センサ部材は力が加わると変化する選択された特性を有し、
上記センサ部材接続は、上記センサ部材の上記特性の変化に応答して上記ブラシヘッドへの力を計算するプロセッサに接続可能であり、
上記ブラシヘッドへの力の変化により、上記センサ部材への力は上記隆起部を介して変化し、それにより、上記センサ部材の上記選択された特性が特定可能に変化し、従って、ユーザの歯に接する上記ブラシヘッドの毛の方向における力を決定することができる装置。
【請求項１５】
上記接続は、上記センサ部材と、上記歯ブラシ本体の後端の付近に配置されるコネクタ組立体との間に延在する導電性のトレースコネクタである請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
上記プロセッサは、上記歯ブラシ本体内に配置される請求項１４記載の装置。
【請求項１７】
上記センサ部材は、感圧性のインクからなり、互いに略重なり合う２つのパッドと、上記２つのパッドの外面上にある２つの導電コネクタ部材とを含み、上記トレースコネクタは上記コネクタ部材から延在する請求項１４記載の装置。
【請求項１８】
上記センサ部材の上記選択された特性は、上記センサ部材の抵抗であり、これは加えられる力の選択範囲に亘って周知の方法で変化する請求項１４記載の装置。
【請求項１９】
上記選択範囲は、２０−１０００グラムの力である請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
歯ブラシ用の力センシング装置であって、
歯ブラシ本体と、
間隔が置かれ、加えられる力に反応する少なくとも１つのセンサ部材と、
上記センサ部材から延在するセンサ部材接続と、
上記センサ部材上に設けられる少なくとも１つの隆起部とを含み、
上記少なくとも１つのセンサ部材は、上記歯ブラシ本体の中で上記ブラシヘッドの下に配置され、上記ブラシヘッドは、ユーザの歯に接する上記ブラシヘッドへの力に応答して上記センサ部材に対し動くよう取付けられ、上記センサ部材は力が加わると変化する選択された特性を有し、
上記センサ部材接続は、上記センサ部材の上記特性の変化に応答して上記ブラシヘッドへの力を計算するプロセッサに接続可能であり、
上記少なくとも１つの隆起部は、加えられる充分な力に応答してブラシヘッドが上記隆起部に接触するよう適応され、上記ブラシヘッドへの力の変化により、上記センサ部材への力は上記隆起部を介して変化し、それにより、上記センサ部材の上記選択された特性が特定可能に変化し、従って、ユーザの歯に接する上記ブラシヘッドの毛の方向における力を決定することができる装置。
【請求項２１】
上記接続は、上記センサ部材と、上記歯ブラシ本体のハンドル部の後端の付近に配置されるコネクタ組立体との間に延在する導電性のトレースコネクタである請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
上記センサ部材は、感圧性のインクからなり、互いに略重なり合う２つのパッドと、上記２つのパッドの外面上にある２つの導電コネクタ部材とを含み、上記トレースコネクタは上記コネクタ部材から延在する請求項２０記載の装置。
【請求項２３】
上記センサ部材の上記選択された特性は、上記センサ部材の抵抗であり、これは加えられる力の選択範囲に亘って周知の方法で変化する請求項２０記載の装置。
【請求項２４】
上記選択範囲は、２０−１０００グラムの力である請求項１６記載の装置。
【請求項２５】
複数の間隔が置かれるセンサ部材と、上記ブラシヘッドが接触するよう適応される上記センサ部材上の隆起部とを含む請求項２０記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は一般的に、歯ブラシ用の力センシング装置に係り、より詳細には、３つの間隔があけられたセンサを使用して３次元における圧力を決定する装置に関する。
【０００２】
一般的に、長い期間に亘って、歯磨きの際に歯ブラシによって歯に過度の力（力＝圧力×面積）を加えると、歯肉組織および最終的には歯エナメル質の磨耗につながることは周知である。過度の歯ブラシによる力に関する問題は、一般的に知られるようになった。過度の力は、歯磨きが手で行われても、電動歯ブラシで行われても加えられてしまうが、電動歯ブラシの方が一般的に、過度の力による影響を助長させてしまう。従って、ユーザは、過度の力が歯にかかっている場合には、信頼度の高い指示が与えられて、直ぐにその力を弱めることができることが望ましい。
【０００３】
あったとしても非常に少ない数の市販される歯ブラシには、力指示器が設けられている。個々のユーザは、歯に過度の力を加えてしまう傾向があり、過度の力による影響は体によくないので、信頼度が高く、正確な力センサを開発することが望まれ、このセンサは、使用するのが簡単であり、且つ、歯ブラシに設けるのに経済的であることが望ましい。
【０００４】
歯ブラシ力を様々な方法で測定する様々な圧力及び力センサが周知である。これらのセンサには、機械的及び電気的センサの両方が含まれる。一部のセンサは圧力を測定するのに対し、別のセンサは、実際にかかっている力を測定する。一般的に、圧力センサよりも力センサの方が好適であり、これは、圧力センサはセンサを押す荷重部材（ブラシヘッド）の寸法、及び／又は、荷重部材とセンサの相対位置に敏感に反応してしまうからである。しかし、圧力センサは、圧力センサ上の選択領域に成形された突出部（隆起部）を含むことにより、圧力センサの荷重部材（実際には平らである）の寸法、形状、及び／又は、位置に対する感度を小さくする、そうでなければ、排除して、力センサに変えることができる。
【０００５】
一部のセンサは圧電装置を使用し、センサのたわみの割合を測定し、力又は圧力情報ではなく、部材の動作に関する速度情報を供給する。他のセンサは歪みゲージを使用し、それらの一部には温度補償素子が組込まれる。
【０００６】
更に、電気抵抗といった特性を含む特定の材料を使用するセンサもある。この特性は、所与の範囲に亘る圧力又は力を加えると変化する。これらの圧力又は力素子からの情報は次に、閾値と比較され、過度の圧力又は力の閾値を超えると指示が与えられる。
【０００７】
従って、本発明は、歯ブラシ用の３点力センシング装置であって、歯ブラシ本体と、間隔が置かれ、加えられる力に反応する３つのセンサ部材と、３つのセンサ部材から延在するセンサ部材接続と、ブラシヘッドの底面に３つの隆起部とを含み、３つのセンサ部材は、歯ブラシ本体の中でブラシヘッドの下に配置され、ブラシヘッドは、ユーザの歯に接するブラシヘッドへの力に応答してセンサ部材に対し動くよう取付けられ、センサ部材は力が加わると変化する選択された特性を有し、センサ部材接続は、３つのセンサ部材の特性の変化に応答してブラシヘッドへの力を計算するプロセッサに接続可能であり、３つの隆起部は、３つのセンサ部材に接触し、ブラシヘッドへの力の変化により、センサ部材への力は隆起部を介して変化し、センサ部材の選択された特性が特定可能に変化し、それにより、ユーザの歯に接するブラシヘッドの毛の方向における力を決定することができる。
【０００８】
図１は、細長い歯ブラシ本体１２、力センシング組立体１４、および、ブラシヘッド部材１６を含む歯ブラシ１０を示す。図１に示す歯ブラシ１０は、手動用のものであり、本発明の一般的な歯ブラシの環境である。図示する実施例では、歯ブラシ本体１２は、全体的に平らなハンドル部１８と、ハンドル部１８から前方に延在するネック部２０と、ブラシヘッド部材１６を受容する受容部２２とを含む。
【０００９】
図示する実施例では、歯ブラシ本体１２は、例えば、ポリプロピレン、ナイロン、又は、プロピオン酸塩といったプラスチック材料から形成される。歯ブラシ本体の全長は７−１／２インチ、高さは０．３−０．５インチである。ハンドル部１８は略１インチの幅を有し、ネック部２０は、ハンドル部１８と接合する部分では約０．７５インチであり、受容部２２と接合する部分に向かって次第に細くなり、受容部２２と接合する部分を過ぎると歯ブラシ本体は、僅かに拡がりブラシヘッド部材１６を収容する。
【００１０】
ネック部２０のブラシヘッド受容部２２と接合する部分からハンドル部１８の後端２３の間には、スロット２４が長手方向に延在し、このスロットは、図示する実施例では、略０．１５インチの深さを有し、その長さ全体のほとんどに亘って、約０．２０インチの幅を有する。ハンドル部１８の後端２３の付近では、スロット２４は後端２３に到達するまで拡がり、そこでは、スロット２４は、ハンドル部１８の略幅全体に延在する。
【００１１】
上述したような歯ブラシのハンドル部とネック部の説明は例示的に過ぎない。このような歯ブラシのハンドル部及びネック部の様々な構成及び寸法が可能である。例えば、ハンドル部及びネック部は、その断面において円形又は楕円形、或いは、必要に応じて他の形状であってよい。
【００１２】
フレックス回路３０が、スロット２４内に配置され、歯ブラシ本体の前端２５から後端１３まで延在する。この回路は、本発明の力センシング組立体の主要な部分を形成する。
【００１３】
フレックス回路３０は、歯ブラシ本体の受容部２２にはまるヘッド部３１（略０．３５７インチの幅）、細長い中央部３２（略０．１７０の幅）、及び、ハンドル部の最後部におけるコネクタ部３４を含む。中央部３２及びコネクタ部３４は、歯ブラシ本体の長さ方向に沿ってスロット２４にはまる。フレックス回路３０を、図２及び図３により詳細に示す。フレックス回路３０は、略０．００３インチの厚さで、マイラ（Ｍｙｌａｒ）といった透明又は色付きのポリエステルフィルムからなる下層３６を含み、圧感接着剤が下層３６の底面に塗布され、それによりフレックス回路３０を、歯ブラシ本体１２、特に、スロット２４及びブラシヘッド受容部２２の内面に取付ける。
【００１４】
フレックス回路３０は、３つの、力に反応する円形のセンサパッド組立体４０、４２、及び４４を含む。センサパッド組立体４０、４２、及び、４４は、感圧インクから形成され、感圧インクは、Ｔｅｋｓｃａｎ社（米国特許第５，９８９，７００号に示すような固体の円盤型力センサ）、Ｉｎｔｅｒｌｉｎｋ社、及び、ＩＭＴ社（インターディジテイトフィンガー型圧力センサ）を含む様々な製造元から購入可能である。インターディジテイトフィンガー型圧力センサは、センサの表面に圧力をかける荷重部材の形状、寸法、及び位置に敏感に反応する。荷重部材の形状、寸法、及び、位置に対する感度は、センサ上に選択された寸法で成形される隆起部を設けることによりかなり小さくするか又は排除することができる。各センサパッド組立体は、感圧性の、シルバー又はカーボンシルバーのインクからなる２つの円盤型の部分（図示する）からなり、各パッド組立体は、２つの円盤部のそれぞれ外面に印刷されるポリエステルからなる接続層４７ａ、４７ｂを有する。
【００１５】
図示する実施例では、パッド組立体４０及び４２は、フレックス回路の先端４５から長手方向に略０．８１インチで、フレックス回路のヘッド部の後部の近くに配置され、略０．１６インチで離間される。第３のパッド組立体４４は、フレックス回路の前端４５から略０．０９インチのところに配置され、横方向において、パッド組立体４０及び４２の略中間に配置される。パッド組立体４０、４２、及び、４４は、それらの中心点が接続されると狭い三角形を形成する。
【００１６】
これらのパッド組立体の他の幾何学的関係を使用して、同一の力情報を得ることができる。例えば、パッド組立体４０及び４２は、ブラシ基部の先端の付近で前方に配置され、パッド組立体４４はハンドル部の付近で後方に配置されてもよい。適切な動作のために３つのパッド組立体が好適ではあるが、他の安定素子と組み合わされて１つのパッド組立体を使用することも可能であり、他の安定素子は、１つのセンサパッド組立体の周りで間隔があけられる。
【００１７】
力に反応するパッド組立体は、力が付加されると全体の抵抗が変化し、２０−１０００グラムの加えられた力から線形、又は、単調な出力を有する。図４に最も明確に示すように、２つの薄い電気トレースが各パッド組立体４０、４２、及び、４４に接続され、歯ブラシの後部まで延在する。これらのトレースは、各センサパッドに接続する２つのシルバーインク接続層４７ａ‐４７ｂを介しセンサパッド組立体に接続される。１つの特定の実施例では、上部及び下部のＭｙｌａｒ層３６及び６０の両方の内側面には、シルバーインク層があり、シルバーインク層に感圧性インクパッド円盤が印刷される。２つのＭｙｌａｒ層は次に、互いに向き合うよう配置され、それらの間には圧感粘着剤による僅かな空間がある。２つのインクパッド円盤の間には接着剤はない。パッド組立体４４には、トレース４６及び４８が接続され、パッド組立体４０にはトレース５０及び５２が接続され、パッド組立体４２にはトレース５４及び５６が接続される。図示する実施例におけるトレースは、シルバー又はカーボンシルバーのインクである。トレースは、パッド組立体の抵抗、特に、２つの個々の円盤素子の可変抵抗がトレースを介し測定可能であるような方法でセンサパッド組立体に接続される。４つのみのトレースを使用することも可能であり、３つのパッド組立体は夫々が１つのトレースを有し、もう１つは共通のものである。
【００１８】
他のフレックス回路の配置も可能である。回路は、銅トレースがエッチングされるポリイミド（キャプトンＫａｐｔｏｎ）フィルムから形成されるか、又は、回路の下半分はファイバガラスの印刷回路基板で、回路の上半分はポリエステルフィルムであってよい。いずれの場合においても、フレックス回路の少なくとも１つの半分（上半分／下半分）は弾性材料から形成されなければならない。更に、３つのセンサを処理装置に接続するためにフレックス回路以外のアレンジメントを使用することもできる。
【００１９】
図示する実施例におけるトレースの各対は、トレースの各対に関連付けられるセンサパッド組立体からスロット２４内で、歯ブラシ本体のネック部及びハンドル部に沿って、ハンドル部のファンアウト部の後部まで延在し、図１に示すように、個々に間隔が置かれたフィンガ状のコネクタ素子５６−５６に接続される。フレックス回路コネクタ５９は、コネクタ素子５６−５６を受容する。コネクタ５９の反対側には金属ピンコネクタ６１−６１がある。コネクタ５９は、ハンドル部の後部に固定される。
【００２０】
図示する実施例では、フレックス回路の上層６０も透明のＭｙｌａｒからなり、０．０００５−０．００３インチの厚さを有する。上層６０は、下層３６にシールされ、それによりパッド組立体及びトレースは、耐水及び防水環境にあるようにされる。フレックス回路の上層６０と下層３６との間の接着剤は、各パッド組立体の２つの感圧性インク円盤部の間に僅かな間隔が形成されるよう充分な厚さを有する。しかし、フレックス回路は、以下に説明するように、僅かに予め荷重が加えられており、ユーザが圧力を加える前に、２つの円盤部が僅かに接触するようにされる。フレックス回路を製造する際に、１つのコネクタとこの関連の電気トレースを、１つの２倍の幅を有するＭｙｌａｒ層の長手方向の１つの半分に印刷し、次に、Ｍｙｌａｒ層を長手方向に折りたたみ、１つの固定されたコネクタが、Ｍｙｌａｒ層のもう１つの半分にあるパッド組立体の残りの部分と共に配置される関連の円盤部と接触するようにしてもよい。
【００２１】
コネクタ５９の金属ピン６１は、マイクロプロセッサ（図示せず）につながる組合せコネクタを受容するよう適応され、マイクロプロセッサは、歯磨きの際にブラシヘッドへの力が変化することによるセンサパッド組立体４０、４２、及び、４４の抵抗の変化から３つの方向における力を計算する。マイクロプロセッサは小型化されて、電池により給電され、ユーザに力情報を与える手段とともに歯ブラシハンドル部にはめ込むことができる。
【００２２】
図１及び４は、ブラシヘッドの歯ブラシ本体のブラシヘッド受容部への取付けを示し、フレックス回路のヘッド部は、ブラシヘッドと受容部との間にある。図１及び４は更に、ブラシヘッドの底面にある３つの接触隆起部７６、７８、及び、８０を示し、これらの隆起部は、フレックス回路３０にある３つのセンサパッド組立体４０、４２、及び、４４に接触し、且つ、センサパッド組立体に対し予め荷重がかけられる。別の配置では、接触隆起部は、フレックス回路の表面に取付けられていてもよい。どちらの配置においても３つの隆起部は、本発明の力センシング装置の幾何学全体の重要な部分であり、以下により詳細に説明する。
【００２３】
ブラシヘッドは、２つの小ネジ６４、６６により歯ブラシ本体に取付けられる。図示する実施例における小ネジは、歯ブラシ本体１２のブラシヘッド受容部２２にある２つの間隔が置かれた開口６５及び６７を通り延在する。開口６５及び６７は、ブラシヘッド受容部２２に対する方向におけるブラシヘッドの動作を可能にするよう十分に大きい。開口は、０．３１２インチで離間され、ブラシヘッド受容部の側部と側部の間で、横方向の中間点に配置される。２つの開口６５及び６７は、長手方向において、一方の端にある２つのパッド組立体４０及び４２と、もう一方の端にあるパッド組立体４４との間に配置される。
【００２４】
小ネジ６４及び６６は、更に、フレックス回路（図１参照）のヘッド部にある２つの同様に間隔が置かれる開口６９及び７１を通り延在する。開口６９及び７１は、ブラシヘッド受容部２２の開口６５及び６７と合わせられる。小ネジ６４及び６６は、ブラシヘッド１６の底面にある２つのはめあい開口７３及び７５（図４参照）にねじ込まれる。小ネジの代わりに他の種類の留め具が使用し、ブラシヘッドとブラシヘッド受容部を保持してもよい。小ネジ６４及び６６のヘッドとブラシヘッド受容部２２の底面との間には、２つの湾曲したバネ座金７０及び７２が配置される。
【００２５】
この配置により、ブラシヘッド１６の底面に配置される３つの隆起部又は脚部７６、６８、及び、８０と、フレックス回路にあるセンサパッド組立体４０、４２、及び、４４との間にバネ力による接触力が維持される。この配置により上述した「予め荷重をかける」効果がもたらされ、各パッド組立体にある２つの感圧円盤を互いに接触させる。バネ力は、通常の歯磨きの際に、３つの隆起部又は脚部のいずれもがセンサパッド組立体から持ち上がらないよう充分に高い。バネ力は、ｚ方向における負の力を得るために必要である。パッド組立体への力は、常に正でなければならない。ブラシヘッドが、歯ブラシ本体のブラシヘッド受容部に取付けられると、隆起部７６、７８、及び、８０はセンサパッド組立体４０、４２、及び４４と合わせられ、センサパッド組立体４０、４２、及び、４４の上面を押す。ブラシヘッドに力が加えられると、力のかかる場所及び方向に依存して各インクパッド組立体（２つの円盤）の抵抗が変化する。
【００２６】
図示するような３つのパッド配置は、歯ブラシの毛／毛先に加えられるどの方向における力も測定することができる。即ち、３つの直交軸ｘ、ｙ、及びｚのうちのいずれの軸方向における力も測定でき、ｚ軸は毛の方向と平行、即ち、ブラシヘッドの基部に向かう方向であり、ｘ軸はブラシを横断するような側部から側部への方向と平行であり、ｙ軸はハンドル部の軸の方向に平行である。このことは、図１に示す３つの「矢印」軸によって示す。
【００２７】
ｚ軸方向の力は基本的に、歯磨きの際の歯肉組織及び歯への毛の力を表し、歯肉組織及びエナメル質の損傷を防ぐよう選択される最大閾値以下か、有効な歯磨きを行えるよう選択される動作範囲内か、又は、有効な歯磨きを行うための最小閾値以上に維持されるべきである。ｘ軸及びｙ軸方向の力は、これらは共にブラシヘッドの基部と平行であるが、ブラシの実際の動作、例えば、上下、前後、又はこれらの組合せに関連付けられる力を表す。例えば、一般的に歯科医によって、口内で歯ブラシを動かす際は楕円形又は円形の動作が推奨されている。
【００２８】
本発明は、適切なブラシ動作が行われているがどうかを確認するためにｘ、ｙ平面における相対的な力を分析し、且つ、歯に対する力を確認するためにｚ軸方向の力を単独にモニタする。例えば、ブラシヘッドの中央において加えられる力のｚ軸方向の変化は、３つの全てのセンサパッドにおける抵抗を変化させるが、センサパッド組立体４０及び４２の抵抗の変化は、センサパッド組立体４４の抵抗の変化の半分である。尚、上記にて簡単に説明したように、ｚ軸の力情報は、単一のセンサパッド組立体により供給することができるが、これは、ブラシヘッドがその単一のセンサパッド組立体に対し適切に安定化される場合であることを理解するべきである。
【００２９】
ブラシが、ｘ及び／又はｙ軸方向に動かされると、センサパッド組立体４０及び４２の抵抗は、相補的な方法で変化し、このことは、図６の表に示す。ｘ軸及びｙ軸のそれぞれ両方向におけるブラシヘッドにかかる力は決定可能であり、従って、その情報からｘ‐ｙ面におけるブラシ動作を計算することができる。従って、センサパッド組立体の力は、ブラシの幾何学とともに、従来の計算及び論理技術を使用して、ブラシ動作とユーザの歯磨き技術の両方をモニタすることができる。図６に示す表は、力センサの動作に関する情報を示す。列２、３、及び、４において抵抗の増加を示すところでは、バネ座金によって予め掛けられる力と加えられる力は合わせて、センサパッド組立体の荷重容量を超えることは出来ない。更に、抵抗の減少を示すところでは、バネ座金により個々の力センサパッド組立体に予め荷重される力を超えるべきではなく、超えた場合には、センサの読出しが停止してしまう。
【００３０】
動作時には、ブラシヘッドの底面にある３つの隆起部７６、７８、及び８０は、図示するように、２つのネジ６４及び６６とバネ座金７０及び７２の組合せによって、３つのセンサパッド組立体４０、４２、及び、４４に接して保持される。上述されたように３つのパッド組立体は、導電性のトレースを介しハンドル部の後端にあるコネクタ５９に接続される。コネクタ５９は、トレースをマイクロプロセッサ（図示せず）に接続し、マイクロプロセッサは上述されたように、電池により給電され、歯ブラシのハンドル部に配置される。マイクロプロセッサは、３つの直交軸方向の実際の力ベクトルを計算する。歯に対するブラシヘッドのｚ軸の力、及び、ｘ−ｙの相対力（ｘ−ｙブラシ動作を計算することによる）の指示は、３軸方向における力情報から適切に計算することにより決定される。
【００３１】
図５は、３軸の力の計算を行う際の最初のステップのための論理図を示す。ｘ軸方向における力は、パッド組立体４０とパッド組立体４２に加えられる力の差であり、それは引算回路９０を介し得られる。ｙ軸方向における力は、パッド組立体４０及び４２に加えられる力を加算して得られた値を、パッド組立体４４に加えられる力から引算することにより得られ、これは、加算器８２及び引算器８４を使用して得られる。ｚ軸方向における力は、３つのパッド組立体に加えられる力を加算器８６により加算することにより決められる。
【００３２】
結果として得られる力及び／又はブラシ動作情報は、何らかの種類のアラームでユーザに供給される。アラームには、例えば、聴覚的、視覚的、又は、触覚的なアラームが含まれる。アラームは、ユーザに、ｚ軸方向における力が設定された最大閾値を超えていることを伝え、更に、歯磨き動作が（ｘ及びｙ軸方向）は、望ましい（又は望ましくない）特性を有するという情報を供給する。力が、有効な歯磨きが行える最小閾値より大きい、及び、適切な歯磨きの範囲内にあることを示すために信号が供給されてもよい。異なる色の光（又は他の視覚的、聴覚的、又は、触覚的な信号）を用いて、力は（１）最小の力閾値以上である、（２）適切な歯磨きの正しい範囲内にある、（３）最大の力閾値以上である、又は、（４）適切な歯磨き技術であるか否か示すことができる。更に、ユーザの歯磨き技術／有効性の分析は、歯磨きの終了時に、ＬＣＤ又は他の種類の読出し装置に表示することができる。
【００３３】
本発明の好適な実施例は、説明するために開示した。しかし、好適な実施例への変更を容易に行うことが可能であることを理解すべきである。歯ブラシ本体の構成及び配置は、長手方向及び断面の両方において変更することができる。更に、フレックス回路は、その長さ全体に沿って歯ブラシ本体内にシールされることが可能である。更に、ブラシヘッドを歯ブラシ本体に取付ける手段は様々で有り得る。本発明は、特許請求の範囲により範囲が決められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
歯ブラシの中にある本発明の力センシング組立体の基本部分を示す分解図である。
【図２】
図１の力センシング組立体を示す分解図である。
【図３】
図２の力センシング組立体を示す平面図である。
【図４】
図１乃至３に示す力センシング組立体の一部の詳細を示す図である。
【図５】
図１乃至４に示す力センシング組立体の動作を示す簡略化した論理図である。
【図６】
様々な力に対する図１の力センシング組立体の個々のセンサの応答を示す表である。
【図５】
2004506462.tif 000003
【図６】
2004506462.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2004506462.tif 000005
2004506462.tif 000006
2004506462.tif 000007
2004506462.tif 000008
2004506462.tif 000009
2004506462.tif 000010
2004506462.tif 000011
2004506462.tif 000012
2004506462.tif 000013
2004506462.tif 000014
2004506462.tif 000015
2004506462.tif 000016
2004506462.tif 000017
2004506462.tif 000018
2004506462.tif 000019
2004506462.tif 000020
2004506462.tif 000021
2004506462.tif 000022
2004506462.tif 000023
2004506462.tif 000024
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004506462.tif 000025
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004506462.tif 000026
【国際調査報告】
2004506462.tif 000027
2004506462.tif 000028
2004506462.tif 000029
2004506462.tif 000030
2004506462.tif 000031
2004506462.tif 000032