(57)【要約】【課題】電動歯ブラシの電源を制御するための新規な方法を提供し、電源ボタンを省略可能とする。【解決手段】電動歯ブラシは、押圧力によって発電する発電素子と、電源オフ時において、発電素子による起電力をトリガーとして電源をオンにする制御手段を有する。発電素子として、人工筋肉（電場応答性高分子）や圧電素子を採用することが好適である。発電素子は、ブラシ部に加えられる押圧力によって発電するよう設置されても良く、電動歯ブラシを把持する把持力によって発電するように設置されても良い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押圧力によって発電する発電素子と、
電源オフ時において、前記発電素子による起電力をトリガーとして電源をオンにする制御手段と、
を備えることを特徴とする電動歯ブラシ。
【請求項２】
前記発電素子は、電場応答性高分子を用いて押圧力を電力に変換するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の電動歯ブラシ。
【請求項３】
前記発電素子は、圧電素子を用いて押圧力を電力に変換するものである
ことを特徴とする請求項１の電動歯ブラシ。
【請求項４】
前記発電素子は、ブラシに加えられる押圧力によって発電する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動歯ブラシ。
【請求項５】
前記発電素子は、ブラシを運動させる駆動部材の根元近傍に設けられている
ことを特徴とする請求項４に記載の電動歯ブラシ。
【請求項６】
前記制御手段は、前記発電素子による起電力をトリガーとして、ブラシの駆動を開始する
ことを特徴とする請求項４または５に記載の電動歯ブラシ。
【請求項７】
前記発電素子は、電動歯ブラシ本体の把持部に加えられる押圧力によって発電する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動歯ブラシ。
【請求項８】
前記制御手段は、前記発電素子による起電力をトリガーとして、ブラシの駆動を行わない状態で電源をオンにする
ことを特徴とする請求項７に記載の電動歯ブラシ。
【請求項９】
ブラシに加えられる押圧力を検出するブラシ圧センサをさらに有し、
前記制御手段は、電源オン状態で、前記ブラシ圧センサによってブラシに加わる押圧力を検出した場合に、ブラシの駆動を開始する
ことを特徴とする請求項８に記載の電動歯ブラシ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動歯ブラシに関する。
【背景技術】
【０００２】
高速に振動するブラシを歯にあてることによって歯磨き（食物残渣や歯垢の除去）を行うタイプの電動歯ブラシが知られている。電動歯ブラシでは、歯や歯茎に過度の押圧力が加わると歯や歯茎を損傷するおそれがある。特許文献１〜５には、押圧力が強くなった場合にはブラシの駆動を停止・抑制させることが開示されている。
【０００３】
また、特許文献６には、ブラシの押圧力をブラシ動作の切り替えスイッチとして用いることが開示されている。具体的には、ブラシの動作として往復直線運動と往復回転運動を切り替え可能とし、圧力センサの出力の大きさによってブラシの動作を切り替えている。
【０００４】
また、特許文献７には、ヘッド部が使用者の身体に接近または接触した場合にヘッドの部の振動を開始するカミソリおよび歯ブラシが開示されている。具体的には、ヘッド部に設けられた、光・赤外線・高周波などにより駆動される近接スイッチによってヘッド部の身体への接近を検知し、これによりヘッド部の振動を開始する。
【特許文献１】特開平５−３２９０２４号公報
【特許文献２】特開平７−１１６０２７号公報
【特許文献３】特表２００４−５０６４６２号公報
【特許文献４】特表平１１−５１２９３８号公報
【特許文献５】特開２００３−９３４１６号公報
【特許文献６】特開平８−１００４５号公報
【特許文献７】特表２００６−５２０２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜６による押圧力の検出は、いずれも電動歯ブラシに対して電力が供給されている状態で行われるものである。つまり、電源オフ状態において押圧力の検出を行うことはできず、他の手段によって電源をオンにする必要がある。特許文献７においても同様に、本体への電力供給が行われている状態でヘッド部が身体に接近した場合に、ヘッド部の振動が開始される。
【０００６】
本発明の目的は、電動歯ブラシの電源を制御するための新規かつ有用な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用する。
【０００８】
本発明の電動歯ブラシは、
押圧力によって発電する発電素子と、
電源オフ時において、前記発電素子による起電力をトリガーとして電源をオンにする制御手段と、
を備える。
【０００９】
本発明に係る電動歯ブラシは、発電素子によって押圧力を検知して電源をオンにすることができる。発電素子によって押圧力の検知を行っているため、押圧力検知のために電源
をオンにしておく必要がない。このようにすれば、電源スイッチ（ボタン）などを省略することが可能となり、装置の小型化やコストの削減が可能となる。
【００１０】
ここで、発電素子として電場応答性高分子を用いて押圧力を電力に変換することができる。また、発電素子として、圧電素子を用いて押圧力を電力に変換することができる。これらの発電素子は、発電素子に電力を供給していない状態であっても、力を加えられたり変形したりする場合に発電するものである。したがって、電動歯ブラシの電源がオフの状態で、押圧力によって生じる起電力をトリガーとして電動歯ブラシの電源をオンにすることができる。
【００１１】
なお、発電素子としては、上記のもの以外にも、電源を供給していない状態で押圧力によって発電するものであれば任意のものを採用することができる。例えば、電磁アクチュエータ、静電アクチュエータ、磁歪アクチュエータを採用して、押圧力による変位を電力に変換しても構わない。つまり、力学的エネルギー（押圧力）を電気的エネルギーに変換できる素子であれば、任意の素子を採用可能である。
【００１２】
本発明における発電素子は、ブラシに加えられる押圧力によって発電することが好適である。
【００１３】
このようにすることで、利用者がボタン等の操作を行うことなく、ブラシを歯に当てるだけで電動歯ブラシの電源をオンにすることができる。
【００１４】
また、発電素子は、ブラシを運動させる駆動部材の根元近傍に設けられていることが好適である。
【００１５】
駆動部材の根元近傍にはブラシに加えられる押圧力が集中するため、発電素子が効率的に発電を行うことができる。
【００１６】
また、ブラシに加えられる押圧力によって発電素子が発電した場合に、制御手段が、それをトリガーとして歯ブラシの駆動を開始することが好適である。
【００１７】
このようにすることで、利用者がボタン等を操作することなく、ブラシを歯に当てるだけで歯磨きを開始することができる。したがって、ブラシの駆動を開始するためのボタンの設置を省略することが可能となる。また、電源をオンにする期間を短くできるため、電力消費を抑制することができる。また、従来は、歯磨き剤をブラシに塗布した状態で口腔に入れる前に電源をオンにすると歯磨き剤が飛び散ってしまうという問題があったが、このような問題も解消することが可能である。また、電動歯ブラシを口腔内に入れる際や、口腔内で移動させる際に、磨きたい箇所とは異なる部位にブラシ植毛以外の箇所が接触してしまい、不必要な振動が伝わって不快な思いをするという問題も解消することができる。ここで、「磨きたい場所とは異なる部位」とは、唇や、舌や、奥歯を磨こうとしてブラシを移動させる場合の前歯などが相当する。
【００１８】
本発明における発電素子は、電動歯ブラシ本体の把持部に加えられる押圧力によって発電をすることも好適である。このためには、発電素子を把持部に設ければよい。
【００１９】
このようにすれば、利用者が電動歯ブラシを持つと同時に、電動歯ブラシの電源をオンにすることができる。
【００２０】
把持部に加えられる押圧力によって生じる起電力をトリガーとして電源をオンにする場合は、ブラシの駆動を行わない状態で電源をオンにすることが好適である。
【００２１】
このようにすれば、不要なブラシの駆動を避けられるとともに、電動歯ブラシを持つだけで動作モードの変更などの操作が可能となる。
【００２２】
電動歯ブラシの電源をオンにするための発電素子が把持部に設けられている場合は、ブラシに加えられる押圧力を検出するためのブラシ圧センサをさらに有し、電源オンの状態でブラシ圧センサによってブラシに加わる押圧力を検出した場合に、ブラシの駆動を開始することが好適である。
【００２３】
このようにすることで、利用者がボタン等の操作を行うことなく、ブラシを歯に当てるだけで歯磨きを開始することができる。したがって、ブラシの駆動を開始するためのボタンの設置を省略することが可能となる。なお、電動歯ブラシは把持部に加えられる押圧力によって電源がオンになっているため、ブラシ圧センサは電力供給を必要とするタイプのセンサであって構わない。
【００２４】
なお、上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、新規な方法によって電動歯ブラシをオンにすることができ、これにより電源ボタンを省略することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
＜電動歯ブラシの構成＞
図１、図２を参照して、電動歯ブラシの構成を説明する。図１は第１実施形態の電動歯ブ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る。
【００２８】
電動歯ブラシは、駆動源であるモータ１０を内蔵する電動歯ブラシ本体１（以下、単に「本体１」ともいう。）と、ブラシ２１０を有する運動部材２とを備えている。本体１は、概ね円筒形状を呈しており、歯を磨く際に使用者が手で握るための把持部を兼ねている。
【００２９】
本体１には、動作モードの切り替えを行うための操作ボタン１６が設けられている。また本体１の内部には、駆動源であるモータ１０、駆動回路１２、２．４Ｖ電源である充電池１３、充電用のコイル１４などが設けられている。充電池１３を充電する際には、充電器に本体１を載置するだけで、電磁誘導によ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。
【００３０】
運動部材２は、本体１側に固定されているステム部２０と、このステム部２０に装着されるブラシ部品２１とを備える。ブラシ部品２１の先端にはブラシ２１０が植毛されている。ブラシ部品２１は消耗部品ゆえ、新品に交換できるよう、ステム部２０に対して着脱自在な構成となっている。
【００３１】
運動部材２が本体１に対して取り付けられる根元近傍のブラシ２１０の正面と反対側に、誘電エラストマ（人工筋肉）からなるブラシ圧センサ２１が設けられている。誘電エラ
ストマは、電場を印加することで変形する電場応答性高分子の一種である。逆に、電場応答性高分子を変形させると、それに応じて発電して起電力が生じる。このような電場応答性高分子は、人工筋肉（アクチュエータ）として使用されている材料である。
【００３２】
ブラシ圧センサ２１は運動部材２と本体１の接合部の背面側に設けられているため、ブラシ２１０に押圧力（荷重）が加わると、図３に示すように運動部材２が本体１に対して移動してブラシ圧センサ２１が押しつぶされる。したがって、ブラシ圧センサ２１は、ブラシ２１０に押圧力が加わると、それに応じて発電する。
【００３３】
本実施形態では、ブラシ圧センサ２１に押圧力が加えられることによって生じた起電力をトリガーとして、電源をオンにするとともに、運動部材２の駆動を開始して、ブラシ２１０を振動させる。これにより、利用者はブラシ部２１０を歯に当てるだけで、歯磨きを開始することができる。
【００３４】
＜電動歯ブラシの電源制御＞
駆動回路１２は、電源オフ時において、ブラシ圧センサ（人工筋肉）２１の発電により生じた電気信号を入力として、電動歯ブラシの電源をオンにする。駆動回路１２の一部を図４に示す。
【００３５】
ブラシ２１０に荷重が加わりブラシ圧センサ（人工筋肉）２１の発電素子が発電すると、電流が発生しＦＥＴ（スイッチ）がオンになる。そして、トランジスタＭ１がオンになりＣＰＵ１２０に対して電源供給がされる。ＣＰＵ１２０がオンになると、ラッチ部のトランジスタＭ２をオンにし、継続的にＣＰＵ１２０に対して電源が供給される。したがって、発電素子での電流発生が継続しなくても、ＣＰＵ１２０が動作する。ＣＰＵ１２０が動作すると、歯ブラシを駆動させるために、トランジスタＭ３，Ｍ４をオンにしモータ１０を駆動させる。
【００３６】
電源をオフにする制御は、種々の方法によって行うことができる。例えば、ブラシ圧センサ２１が一定の時間（例えば、１秒）、ブラシに加わる荷重を検知しなかった場合に電源をオフにすることができる。また、電源オフするための誘電エラストマなどのセンサを、ブラシ圧センサ（電源オン用）２１の反対側、すなわち運動部材２が本体１に取り付けられる根元近傍のブラシ２１０の正面側に設けておき、この電源オフ用のブラシ圧センサによる発電をトリガーとして電源をオフにしても良い。ブラシからの荷重が解放されるとき、運動部材２が本体１に対して真っ直ぐになり、伸びていた電源オフ用のブラシ圧センサが圧縮されて発電が行われる。これをトリガーとして電源をオフにしても良い。
【００３７】
＜作用／効果＞
このように、人工筋肉によってブラシ圧を検出して電源をオンにしているので、利用者が電源ボタン等を操作することなく、自然な歯磨き動作（つまり、ブラシを歯に当てるという動作）の過程で電源をオンにすることができる。これにより、電源ボタン（スイッチ）等を省略することが可能となり、部品数の削減、コストの低下が可能となる。また、近年、電動歯ブラシの高機能化が進んでおり、種々の操作ボタンや表示ランプ等が用いられるようになっており、電源ボタンを省略することで他の部品の設置場所を確保できるようになる。
【００３８】
また、人工筋肉を用いてブラシに係る押圧力から発電し、その起電力をトリガーとしているので電源オフの状態からオンにすることができる。従来からブラシに加えられる押圧を検知してブラシの駆動を制御する電動歯ブラシは存在したが、いずれも電源がオンされた状態にてブラシ部にかかる押圧力を検知していた。したがって、これら従来の装置では、動作速度やモードを変更することが可能であるが、電源をオンにすることができない。
あるいは、待機電流を流しておく必要があり、不要な電力消費が発生していた。本実施形態に係る電動歯ブラシでは、不要な電力消費がなく、簡単な動作で電源をオンにすることができる。
【００３９】
また、ブラシに加わる押圧力を検出してから電源をオンにしブラシの駆動を開始し、ブラシに押圧力が加わらなくなったら電源をオフにしているので、不要な歯ブラシの駆動を抑制することができる。歯磨き剤をブラシ部に塗布した後に、ブラシ部を口腔内に入れる前にブラシの駆動を開始してしまうと、歯磨き剤が飛び散ってしまったりするが、本実施形態に係る電動歯ブラシによれば不要なブラシの駆動を抑制できるので、そのような問題も解消される。また、電動歯ブラシを口腔内に入れる際や、口腔内で移動させる際に、磨きたい箇所とは異なる部位（唇や、舌や、奥歯を磨きたい場合の前歯など）にブラシ植毛以外の箇所が接触してしまい、不必要な振動が伝わって不快な思いをするという問題も解消することができる。
【００４０】
＜変形例＞
ブラシ圧センサ２１に用いる人工筋肉として、誘電エラストマを採用しているが、イオン導電性高分子や電歪ポリマーなど、その他の人工筋肉（電場応答性高分子）を採用しても良い。また、押圧力を加えることで発電をする物質であれば、その他の素子を採用することができる。例えば、ピエゾ素子を用いた圧電素子を採用することができる。
【００４１】
また、ブラシ圧センサ２１は、ブラシ２１０に加えられる押圧力を検知できればよいので、ブラシ２１０に加えられる押圧力によって移動する運動部材２０の変位にしたがって電力を発生するものを採用できる。例えば、電磁アクチュエータ（モータ、リニアモータ）、静電アクチュエータ、磁歪アクチュエータなどの原理によって、発電するものを採用可能である。
【００４２】
すなわち、ブラシ圧センサ２１としては、ブラシ２１０に加えられる力学的エネルギーを、電気的エネルギーに変換（発電）可能であれば、どのような素子を採用しても良い。
【００４３】
また、ブラシ圧センサ２１は、電源をオンにするためだけに用いるのではなく、歯磨き中にブラシに加わる荷重を検知して動作モードを変更するために利用しても良い。また、歯磨き中にブラシに加わる荷重によって発電される電力をコンデンサなどに蓄えておき、歯ブラシの動作や表示ライトの発光などにその電気量を使用することも好適である。
【００４４】
上記の構成を採用しても、奥歯を磨こうとして電源オフの状態でブラシを移動させる際に、意図せず前歯などにブラシを接触させてしまい、電源がオンとなって不必要な振動によって不快な思いをすることも考えられる。そこで、このような意図しない電源オンをより効果的に排除するために、以下の手法をさらに採用することが好適である。
【００４５】
第１の方法は、発電素子であるブラシ圧センサ２１の出力（電圧波形）に対してバンドパスフィルタ（またはローパスフィルタ）を通すことで、ブラシの瞬間的な接触による時間幅の短い出力を除去する方法である。これは、意図せずにブラシが前歯などに当たる際にはその接触は一瞬であり発電素子の出力は短い時間幅の出力となることを利用し、この短い幅の波形を除去するものである。これにより、誤検知による意図しない電源オンをより効果的に防止することができる。
【００４６】
第２の方法は、ブラシ圧センサ２１の出力に閾値を設定することで除去する方法を採用可能である。ブラシが前歯などに意図せず当たる場合には軽く当たるので、電圧波形の振幅は通常歯にブラシを当てている場合より小さな振幅の波形になる。そこで、振幅が閾値よりも小さい場合には電源をオンにしないことで、誤検知による意図しない電源オンをよ
り効果的に防止することができる。さらには、発電素子の出力波形をある周期毎に平均化し、平均化した電圧（振幅）と閾値とを比較すると良い。ここで、平均化の周期を瞬間的に前歯などに当たることにより電圧波形が出力される時間よりも大きな時間間隔とすれば、ブラシの一時的な接触による影響を排除でき、より効果的である。
【００４７】
（第２の実施形態）
図５を参照して、第２の実施形態に係る電動歯ブラシの構成を説明する。図５は、本実施形態に係る電動歯ブラシの内部構成を示す断面図である。
【００４８】
本実施形態では、本体１の把持部の、ブラシ正面に対して反対側（背面側）に把持圧センサ１５を備えている。把持圧センサ１５には、誘電エラストマを採用しているが、第１の実施形態と同様に種々の素子を採用可能である。
【００４９】
利用者が本体１を握ることで、把持圧センサ１５に押圧力が加えられて、誘電エラストマが発電する。駆動回路１２は、この起電力をトリガとして電動歯ブラシの電源をオンにする。この際、モータ１０の駆動は行わず、ブラシの振動は発生させない状態でＣＰＵ１２０に対して電源の供給を開始する。したがって、この状態では、ブラシ部２１０の動作モードの変更などの設定を行うことができる。つまり、利用者は電動歯ブラシを手に取るだけで、電源ボタンをオンにすることなく、ブラシ動作モードの選択等が行える。
【００５０】
本実施形態に係る電動歯ブラシは、ブラシに加えられる押圧力を検知するためのブラシ圧センサが設けられる。本実施形態におけるブラシ圧センサは、第１の実施形態と同様のもの以外にも、ストレインゲージやロードセルなど電力供給を必要とするタイプのセンサを採用することも可能である。そして、把持圧を検出して電源をオンにした後に、ブラシに押圧力が加えられたことを検知した場合には、モータ１０を駆動してブラシ２１０を駆動する。
【００５１】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は第１実施形態の電動歯ブラシのブロック図である。
【図２】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る。
【図３】図３はブラシに加わる力による人工筋肉の変形を示す図である。
【図４】図４は駆動回路の例を示す図である。
【図５】図５は第２実施形態の電動歯ブラシの内部構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  電動歯ブラシ本体
１０  モータ
１２  駆動回路
１２１  メモリ
１２２  タイマ
１３  充電池
１５  把持圧センサ
１６  操作ボタン
２  振動部材
２０  ステム部
２１  人工筋肉（ブラシ圧センサ）
２１  ブラシ部品
２１０  ブラシ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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