(57)【要約】【課題】電動歯ブラシにおいて適切なブラシ角を容易に実現するための技術を提供する。【解決手段】電動歯ブラシは、ブラシ２０を有するブラシ部材２と、把持部１６を有する電動歯ブラシ本体１と、把持部１６の形状を変化させる変形手段と、電動歯ブラシ本体１の姿勢を検出するための加速度センサ１５と、検出された姿勢に基づいて、変形手段を制御する制御手段と、を備える。変形手段は、把持部１６の表面を凹ませ又は突出させる複数のアクチュエータ１７ａ〜１７ｃから構成されている。【選択図】図１
2009291316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシを有するブラシ部材と、
把持部を有する電動歯ブラシ本体と、
前記把持部の形状を変化させる変形手段と、
前記電動歯ブラシ本体の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
検出された姿勢に基づいて、前記変形手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする電動歯ブラシ。
【請求項２】
前記変形手段は、前記把持部の表面を凹ませ又は突出させる複数のアクチュエータから構成されてい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】
前記制御手段は、検出された姿勢に基づいて、動作させるアクチュエータを切り替えることにより、前記把持部の表面の凹凸形状を変化させることを特徴とする請求項２に記載の電動歯ブラシ。
【請求項４】
前記制御手段は、
検出された姿勢に基づいて、歯列表面を区分することで定義される複数の部位の中からブラッシングされているブラッシング部位を推定し、
推定されたブラッシング部位に応じて、動作させるアクチュエータを切り替えることにより、前記把持部の表面の凹凸形状を変化させることを特徴とする請求項２に記載の電動歯ブラシ。
【請求項５】
前記凹凸形状は、歯軸に対するブラシの角度であるブラシ角が予め定められた目標値になるように、前記把持部の把持位置を規定するためのものであることを特徴とする請求項３又は４に記載の電動歯ブラシ。
【請求項６】
前記アクチュエータは、電場応答性高分子アクチュエータであることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の電動歯ブラシ。
【請求項７】
前記姿勢検出手段は、加速度センサの出力に基づいて姿勢を検出するものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか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】
高速に運動するブラシを歯に当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。このような電動歯ブラシにおいては、ブラシをどのような角度で歯に当てるかにより、得られる刷掃効果に違いがでる。たとえばブラシを歯軸に対して９０度に当てれば、歯面に対して最も高い歯垢除去力を発揮できる。またブラシを歯軸に対して４５度に当てると、ブラシの毛先が歯間や歯周ポケット（歯と歯茎の間）に入り込みやすくなり、歯間や歯周ポケットから効果的に食物残渣や歯垢を掻き出すことができるようになる。
【０００３】
このように、ブラッシング部位あるいは所望する刷掃効果などに応じて、最適なブラシ角（歯軸に対するブラシの角度）が存在する。しかしながら、ほとんどのユーザは望ましいブラシ角があることすら意識していない。たとえブラシ角を意識したとしても、歯磨き中はブラシが実際に歯に当たっている様子を確認できないために、ブラシ角を最適値に合わせることは困難であった。
【０００４】
なお、従来、持ちやすさを追求したグリップを有する歯ブラシは存在していた。例えば、特許文献１では、ペングリップ法やバス法、スクラッピング法など種々の把持法に対応可能な歯ブラシを提供する目的で柄部の形状を工夫したものがある。特許文献２や特許文献３では同様の目的で柄部の形状とグリップ部の形状を工夫し、歯ブラシの操作性を向上させている。電動歯ブラシでは、特許文献４に開示されている通り、２つの凹んだ把持領域を有することで操作性と把持性の向上とともにデザイン性を両立させようとしているものがある。しかしながら、これらの従来技術では操作性や持ちやすさに主眼が置かれており、歯科医の推奨するブラシ角に主眼を置いたものではない。
【０００５】
一方、特許文献５に開示されている通り、歯周病予防の観点から歯軸と４５度にブラシが当たるように工夫された歯ブラシも存在する。しかしながら、断面正方形のハンドルである点からデザイン性に制約が多い。しかも、歯軸に垂直（ブラシ角＝９０度）に当てにくいために歯間の歯垢除去には不利になり、また歯軸に平行（ブラシ角＝０度）に当てにくいために噛み合わせ面のブラッシングもしづらいという問題点があった。
【特許文献１】実公平６−３１９３７号公報（実開平１−１７１２２１号公報）
【特許文献２】特許第２５５２８６７号公報（特開昭６３−２３６０８号公報）
【特許文献３】特許第３１６２５７３号公報（特開平７−３２７７３７号公報）
【特許文献４】特表２００５−５３４４５９号公報
【特許文献５】実開平６−３１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、ブラッシング部位あるいは所望する刷掃効果などに応じて、最適なブラシ角は異なる。また、どの部位をブラッシングするかによって、歯ブラシの把持位置（持ち方）を適宜調整する必要も生じる。したがって、これらの様々なケースに柔軟に適応可能な把持部が望まれてはいるものの、従来のように単に把持部に凹凸をつけるだけでは、すべてのケースに対応することが難しいのが実情である。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、適切
なブラシ角による歯磨きを支援する、操作性に優れた電動歯ブラシを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
本発明の電動歯ブラシは、ブラシを有するブラシ部材と、把持部を有する電動歯ブラシ本体と、前記把持部の形状を変化させる変形手段と、前記電動歯ブラシ本体の姿勢を検出する姿勢検出手段と、検出された姿勢に基づいて、前記変形手段を制御する制御手段と、を備える。
【００１０】
通常、把持部の形状に依存して、持ちやすい位置（指を置きやすい位置）が決まる。そのため、把持部の形状が変化すると、それに応じて、ユーザは意識的に又は無意識のうちに把持位置（持ち方）を修正する蓋然性が高い。言い換えると、把持部の形状を変化させることで、ユーザの把持位置を誘導することができ、その結果として、ブラシの歯への当たり方、つまりブラシ角を変化させることができる。したがって、本発明の構成によれば、電動歯ブラシの姿勢に応じて、適切なブラシ角による歯磨きが可能となるよう、適応的かつ自動的に把持部の形状を変化させることが可能となり、良好な刷掃効果と優れた操作性を実現できる。
【００１１】
前記変形手段は、前記把持部の表面を凹ませ又は突出させる複数のアクチュエータから構成されていることが好ましい。これにより、把持部表面の任意の位置に凹部又は凸部を形成することができ、把持部表面をさまざまな形に変形することが容易に実現できる。
【００１２】
そして、前記制御手段は、検出された姿勢に基づいて、動作させるアクチュエータを切り替えることにより、前記把持部の表面の凹凸形状を変化させるとよい。把持部表面に凹凸形状が存在すると、ユーザはその凹凸に合わせて指を置く蓋然性が高い。したがって、歯ブラシ本体の姿勢に応じて把持部表面の凹凸形状を適宜変化させることで、その姿勢に応じた適切な把持位置へとユーザを誘導することができる。
【００１３】
さらに、前記制御手段は、検出された姿勢に基づいて、歯列表面を区分することで定義される複数の部位の中からブラッシングされているブラッシング部位を推定し、推定されたブラッシング部位に応じて、動作させるアクチュエータを切り替えることにより、前記把持部の表面の凹凸形状を変化させることが好ましい。このようにブラッシング部位を推定し、その推定結果に応じて把持部の形状を制御することで、より適切な把持位置へとユーザを誘導することができる。
【００１４】
前記凹凸形状は、歯軸に対するブラシの角度であるブラシ角が予め定められた目標値になるように、前記把持部の把持位置を規定するためのものであるとよい。これにより、適切なブラシ角（目標値）へとユーザを誘導することが可能である。なお、ブラシ角の目標値は、ブラッシング部位あるいは所望する刷掃効果などに応じて異なる値をとり得る。
【００１５】
前記アクチュエータは、電場応答性高分子アクチュエータ（人工筋肉）であることが好ましい。電場応答性高分子アクチュエータは小型ゆえ、電動歯ブラシ本体（把持部の内部）への組み込みが容易である。また応答性がよいので、歯ブラシ本体の姿勢に合わせて速やかに把持部を変形させることができる。さらにアクチュエータ自体が弾性を有しているので、把持部の触感や持ちやすさを損なうことがない。
【００１６】
前記姿勢検出手段は、加速度センサの出力に基づいて姿勢を検出するものであることが好ましい。これにより、高精度に姿勢を判定できる。また加速度センサは小型ゆえ、電動
歯ブラシ本体への組み込みも容易である。１軸の加速度センサを用いることもできるし、好ましくは、多軸（２軸、３軸、それ以上）の加速度センサを用いることもできる。
【００１７】
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】
【００１８】
本発明によれば、適切なブラシ角による歯磨きを支援する操作性に優れた電動歯ブラシを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
＜第１実施形態＞
（電動歯ブラシの構成）
図１、図２、図３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り、図３は電動歯ブラシの外観を示す斜視図である。
【００２１】
電動歯ブラシは、電動歯ブラシ本体１（以下、単に「本体１」ともいう。）と、本体１に取り付けられるブラシ部材２と、を備えている。
【００２２】
本体１の筐体は、概ね円筒形状を呈する樹脂ケースからなる。本体１には、歯を磨く際に使用者が手で握るための把持部１６や、電源のオン／オフやモード切替などを行うためのスイッチＳなどが設けられている。
【００２３】
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１００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。
【００２４】
（加速度センサ）
本体１の内部には、加速度センサ１５が設けられている。加速度センサ１５としては多軸の加速度センサを用いてもよいし、１軸の加速度センサを用いてもよい。３軸加速度センサの場合は、図３に示すように、ｘ軸がブラシ面に対して平行になり、ｙ軸が本体１の長手方向に一致し、ｚ軸がブラシ面に対して垂直になるように設置するとよい。「ブラシ面」とは、ブラシの毛（繊維）と略直交し、かつ、毛の先端部分に位置する仮想的な平面をいう。１軸加速度センサの場合は、図３のｚ軸方向もしくはｘ軸方向の加速度を検出するように設置するとよい。なお本実施形態では、ｘ，ｙ，ｚの３軸加速度センサを用いる。加速度センサ１５の出力はＣＰＵ１２０に入力され、電動歯ブラシの三次元姿勢を検出するために利用される。
【００２５】
加速度センサ１５としては、ピエゾ抵抗タイプ、静電容量タイプ、もしくは熱検知タイプのＭＥＭＳセンサを好ましく利用できる。ＭＥＭＳセンサは非常に小型であるため、本体１の内部への組み込みが容易だからである。ただし、加速度センサ１５の形式はこれに限らず、動電式、歪みゲージ式、圧電式などのセンサを利用しても構わない。また特に図示しないが、各軸のセンサの感度のバランス、感度の温度特性、温度ドリフトなどを補正するための補正回路を設けるとよい。また、動加速度成分やノイズを除去するためのバンドパスフィルタ（ローパスフィルタ）を設けてもよい。また、加速度センサの出力波形を
平滑化することによりノイズを低減してもよい。
【００２６】
（ブラシの駆動機構）
本体１は、筐体の先端側（ブラシ側）の開口部から突き出るように設けられたステム３を備えている。上記のブラシ部材２は、このステム３を覆うように装着される。ブラシ部材２の先端には、ブラシ２０が植毛されている。ブラシ部材２は消耗部品ゆえ、新品に交換できるよう、ステム３に対して着脱自在な構成となっている。
【００２７】
ステム３は、樹脂材からなる、先端（ブラシ側の端部）が閉じた筒状の部材であり、筒の内部の先端に軸受３２を有している。モータ１０の回転軸１１に連結された偏心軸３０の先端が、ステム３の軸受３２に挿入される。この偏心軸３０は、軸受３２の近傍に重り３１を有しており、偏心軸３０の重心はその回転中心からずれている。ＣＰＵ１２０が動作モードに応じた駆動信号（たとえばパルス幅変調信号）をモータ１０に供給し、モータ１０の回転軸１１を回転させると、回転軸１１の回転に伴って偏心軸３０も回転するが、偏心軸３０は重心がずれているために回転中心の回りに旋回するような運動を行う。よって、偏心軸３０の先端が軸受３２の内壁に対して微小な衝突を繰り返し、ブラシ２０を高速に振動（運動）させることとなる。つまり、モータ１０が、ブラシを振動（運動）させる駆動手段の役割を担い、偏心軸３０が、モータ１０の出力（回転）をブラシ２０の振動に変換する運動伝達機構（運動変換機構）の役割を担う。
【００２８】
（把持部の変形手段）
本実施形態の電動歯ブラシは、把持部１６の形状を変化させるための変形手段として、複数のアクチュエータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを備えている。その具体的な構成を、図４、図５Ａ、図５Ｂを用いて説明する。図４は、アクチュエータの配置区画を示す外観図であり、図５Ａ及び図５Ｂは、図４のＸ−Ｘ断面図である。
【００２９】
図４及び図５に示すように、把持部１６はシリコンラバーなどのエラストマ製のシートで構成され、把持部１６の下層には、周方向に３つのアクチュエータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃが設けられている。歯ブラシ断面の周方向においてブラシ２０の位置を０度と考えた場合に、アクチュエータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃはそれぞれ概ね１３５度、１８０度、２２５度の位置に配置される。以下、アクチュエータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃが配置されている位置をそれぞれ区画Ａ、Ｂ、Ｃとよぶ。
【００３０】
これらのアクチュエータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃとしては、電場応答性高分子アクチュエータ（いわゆる人工筋肉）を好ましく利用できる。電場応答性高分子アクチュエータは小型ゆえ、電動歯ブラシ本体（把持部の内部）への組み込みが容易だからである。また応答性がよいので、本体１の姿勢に合わせて速やかに把持部１６を変形させることができる。さらにアクチュエータ自体が弾性を有しているので、把持部１６の触感や持ちやすさを損なうことがないという利点もある。
【００３１】
各アクチュエータは駆動回路１２に電気的に接続されており、制御手段であるＣＰＵ１２０によってそれぞれ独立に制御される。例えば、ＣＰＵ１２０からアクチュエータ１７ａに所定の電気信号が印加されると、アクチュエータ１７ａが径方向に収縮し、把持部１６の区画Ａに凹みが形成される（図５Ｂ参照）。凹みの深さ（アクチュエータの収縮量）は数百μｍ〜数ｍｍ程度である。なお電気信号を与えたときに周方向に収縮（径方向に膨張）するようにアクチュエータを構成すれば、アクチュエータを動作させたときに把持部１６の表面を突出させて凸部を形成することも可能である。
【００３２】
このように、把持部表面を凹ませ又は突出させる複数のアクチュエータ１７ａ〜１７ｃにより変形手段を構成することで、把持部表面の任意の位置に凹部又は凸部を形成するこ
とができ、把持部表面をさまざまな形に変形することが容易に実現できる。
【００３３】
（電動歯ブラシの動作）
図６は電動歯ブラシのメインフローを示すフローチャートであり、図７は図６のＳ２０における姿勢検出処理を示すフローチャートである。なお以下に説明する処理は、特にことわりのない限り、ＣＰＵ１２０がプログラムに従って実行する処理である。
【００３４】
電動歯ブラシの電源がＯＮになると、ＣＰＵ１２０は、モータ１０を制御してブラシ２０の駆動を開始する（Ｓ１０）。以下に述べるＳ２０〜Ｓ５０の処理は一定時間ごとに繰り返し実行される。電動歯ブラシの電源がＯＦＦになるか、タイマによって計時されていた継続動作時間が所定時間（たとえば２分間）に達すると、Ｓ２０〜Ｓ５０のループが終了し（継続？；ＮＯ）、ＣＰＵ１２０はブラシ２０の駆動を停止する（Ｓ６０）。
【００３５】
Ｓ２０において、ＣＰＵ１２０は、加速度センサ１５の出力に基づき電動歯ブラシ本体の姿勢を検出する。
【００３６】
本実施形態では、ブラシの姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢であるかどうかを判別するだけでよいので、ブラシ角に着目すればよい。ブラシ角とは、歯軸（歯の頭と根に沿った軸）に対するブラシの当たり角であり、簡易的には、ｙ軸周りの角度（ヨー角γ）として検出することができる。
【００３７】
図８の上段は、歯面を磨いている状態を示しており、図８の下段は、噛み合わせ面を磨いている状態を示している。歯面を磨いている姿勢では、ブラシ角（ヨー角γ）は約９０度になり、重力加速度のｘ軸方向成分は約１ｇもしくは−１ｇとなり（ｇは重力加速度、正負は歯列の左右に対応する）、重力加速度のｚ軸方向成分はほぼ０となる。一方、噛み合わせ面を磨いている姿勢では、ブラシ角はほぼ０度になるため、重力加速度のｘ軸方向成分はほぼ０となり、重力加速度のｚ軸方向成分は約１ｇもしくは−１ｇとなる。このように、ブラシ角の変化は、ｘ軸方向及びｚ軸方向の加速度成分に有意な変化をもたらす。したがって、ｘ軸又はｚ軸の加速度センサの出力に基づいて、ブラシ角を推定することが可能である。
【００３８】
図７は、ｚ軸の加速度センサによる姿勢検出処理のフローチャートである。ＣＰＵ１２０は、加速度センサ１５からｚ軸方向の加速度成分Ａｚを取得する（Ｓ２００）。そして、ＣＰＵ１２０は、Ａｚの絶対値と所定の閾値（たとえば０．７ｇ）とを比較する（Ｓ２１０）。Ａｚの絶対値が閾値より大きい場合は、噛み合わせ面を磨いているものと判定し（Ｓ２２０）、閾値以下の場合は、噛み合わせ面でない部位を磨いているものと判定する（Ｓ２３０）。本実施形態では加速度センサ１５及びＣＰＵ１２０のこの機能が、本発明の姿勢検出手段に対応する。
【００３９】
図６のフローに戻る。Ｓ３０において、ＣＰＵ１２０は電動歯ブラシ本体１の姿勢が噛み合わせ面を磨く姿勢であるか否かで処理を分岐する。噛み合わせ面を磨く場合と歯面を磨く場合とでは、最適なブラシ角が異なる。例えば、噛み合わせ面の場合はブラシ角が概ね０度であることが好ましく、歯面の場合（特に歯周ポケットを磨く場合）はブラシ角が概ね４５度であることが好ましい。そこで、本実施形態では、姿勢に応じて把持部表面の凹凸形状を変化させ、ブラシ角が上記目標値になるように誘導する。
【００４０】
具体的には、噛み合わせ面を磨く姿勢である場合は（Ｓ３０；ＹＥＳ）、ＣＰＵ１２０は、アクチュエータ１７ｂのみを動作させて、把持部１６の区画Ｂを凹ませる（Ｓ４０）。例えば図９Ａに示すように上顎噛み合わせ面を磨く場合、区画Ｂの凹みに親指が合うために、ブラシ角を０度に保ちやすくなる。また、図示しないが、下顎噛み合わせ面を磨く
場合は、区画Ｂの凹みに人差し指の第一関節が合うために、やはりブラシ角を０度に保ちやすくなる。
【００４１】
一方、噛み合わせ面を磨く姿勢でない場合（つまり、歯面を磨く姿勢である場合）は（Ｓ３０；ＮＯ）、ＣＰＵ１２０は、アクチュエータ１７ａ及び１７ｃを動作させて、区画Ａ及びＣを凹ませる（Ｓ５０）。例えば図９Ｂに示すように上顎歯面を磨く場合、区画Ｃの凹みに親指が合うために、ブラシ角を４５度に保ちやすくなる。また、図９Ｃに示すように下顎歯面を磨く場合、区画Ａの凹みに人差し指の第一関節が合うために、やはりブラシ角を４５度に保ちやすくなる。
【００４２】
（本実施形態の利点）
図９Ａ〜図９Ｃからわかるように、把持部表面の凹凸形状に依存して、指を置きやすい位置が決まる。そのため、最適なブラシ角から多少ずれた持ち方をしていても、把持部表面の凹凸形状が変化するのに応じて、ユーザは意識的に又は無意識のうちに把持位置（持ち方）を修正する蓋然性が高い。言い換えると、把持部表面の凹凸形状を変化させることで、ユーザの把持位置を誘導することができ、その結果として、ブラシの歯への当たり方、つまりブラシ角を変化させることができる。したがって、本実施形態の構成によれば、電動歯ブラシの姿勢に応じて、適切なブラシ角による歯磨きが可能となるよう、適応的かつ自動的に把持部の形状を変化させることが可能であり、良好な刷掃効果と優れた操作性を実現できる。
【００４３】
なお、上記実施形態では、ｚ軸方向の加速度成分Ａｚからブラシの姿勢を判定したが、姿勢判定の手法はこれに限らない。たとえば、ｘ軸方向の加速度成分Ａｘを用いてもよい。また多軸の加速度センサを用いた場合には、ＡｘとＡｚの両方（たとえばＡｘとＡｚの合成ベクトルの方向）からブラシの姿勢を推定してもよい。
【００４４】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、歯面を磨く際のブラシ角の目標値を４５度に設定したが、第２実施形態では、ユーザが所望する刷掃効果に応じてブラシ角の目標値を変更する。
【００４５】
本実施形態の電動歯ブラシは、「歯周ポケットモード」と「歯垢除去モード」の２種類のモードを有している。歯周ポケットモードとは、歯周ポケットや歯間に対する刷掃効果を重視するモードであり、歯垢除去モードとは、最も高い歯垢除去力を得ることを重視するモードである。ユーザはスイッチ操作により所望のモードを選択可能である。歯周ポケットモードが選択された場合には、ブラシの毛先が歯周ポケットや歯間に入り込みやすいよう、ブラシ角の目標値は４５度に設定される。一方、歯垢除去モードが選択された場合には、ブラシ角の目標値は９０度に設定される。
【００４６】
図１０は、第２実施形態におけるアクチュエータの配置区画を示す外観図である。第１実施形態の区画Ａ〜Ｃに加え、区画Ｄ及び区画Ｅにもアクチュエータ１７ｄ、１７ｅが配置されている。歯ブラシ断面の周方向においてブラシの位置を０度と考えた場合に、アクチュエータ１７ｄ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｅはそれぞれ概ね９０度、１３５度、１８０度、２２５度、２７０度の位置に配置される。
【００４７】
図１１は第２実施形態のメインフローを示すフローチャートである。第１実施形態（図６）と同様、加速度センサにより検出された姿勢に基づき、処理を分岐する（Ｓ３０）。具体的には、噛み合わせ面を磨く姿勢である場合は（Ｓ３０；ＹＥＳ）、ＣＰＵ１２０は、ブラシ角が０度になるように、アクチュエータ１７ｂのみを動作させて、区画Ｂを凹ませる（Ｓ４０）（図９Ａ参照）。
【００４８】
一方、歯面を磨く姿勢である場合（Ｓ３０；ＮＯ）、ＣＰＵ１２０は選択されているモードを確認する（Ｓ３１）。そして、歯周ポケットモードが選択されていれば、ブラシ角が４５度になるように、アクチュエータ１７ａ及び１７ｃを動作させて、区画Ａ及びＣを凹ませる（Ｓ５０）（図９Ｂ、図９Ｃ参照）。また、歯垢除去モードが選択されていれば、ブラシ角が９０度になるように、アクチュエータ１７ｄ及び１７ｅを動作させて、区画Ｄ及びＥを凹ませる（Ｓ５１）（図１２参照）。
【００４９】
以上述べた構成により、電動歯ブラシ本体の姿勢とモードに応じて、０度、４５度、９０度の３種類のブラシ角をガイドすることが可能となり、電動歯ブラシの操作性をさらに向上することができる。
【００５０】
＜第３実施形態＞
前述の実施形態は、噛み合わせ面か否かの判断を行うだけであったが、第３実施形態では、加速度センサで検出された姿勢に基づいてより詳細なブラッシング部位の推定を行う点が異なる。また、図１３に示すように、本実施形態では、第１実施形態の区画Ａ〜Ｃに加え、区画Ｆ〜Ｋにもアクチュエータ１７ｆ〜１７ｋが配置されている。
【００５１】
本実施形態では、図１４に示すように、上下の歯列を、「上顎前頬側」、「上顎前舌側」、「上顎左頬側」、「上顎左舌側」、「上顎左噛み合わせ面」、「上顎右頬側」、「上顎右舌側」、「上顎右噛み合わせ面」、「下顎前頬側」、「下顎前舌側」、「下顎左頬側」、「下顎左舌側」、「下顎左噛み合わせ面」、「下顎右頬側」、「下顎右舌側」、「下顎右噛み合わせ面」、の１６箇所の部位に区分する。ただし、歯列の区分はこれに限らず、もっと大まかな区分でもよいし、より細かい区分でもよい。
【００５２】
図１５〜図１８のフローチャートを参照して、ブラシ角の自動制御のフローを具体的に説明する。図１５はメインルーチンのフローチャートであり、図１６〜図１８はメインルーチンの各処理の詳細を示すフローチャートである。以下、第１実施形態と異なる処理を中心に説明する。
【００５３】
（Ｓ２１：姿勢の検出）
Ｓ２１において、ＣＰＵ１２０は、加速度センサ１５の出力に基づき電動歯ブラシ本体の姿勢を検出する。図１６は姿勢検出処理（Ｓ２１）のフローチャートである。
【００５４】
ＣＰＵ１２０は、加速度センサ１５からｘ、ｙ、ｚそれぞれの出力Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを取得する（Ｓ１００）。Ａｘはｘ方向の加速度成分、Ａｙはｙ方向の加速度成分、Ａｚはｚ方向の加速度成分を表す。歯ブラシが静止状態にあるとき（加速度センサ１５に動加速度が作用していないとき）は、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚの合成ベクトルＡが重力加速度に相当する。ここでは、Ａ＝（Ａｘ、Ａｙ、Ａｚ）を姿勢ベクトルとよぶ。
【００５５】
ここで、姿勢ベクトルＡ＝（Ａｘ、Ａｙ、Ａｚ）の大きさが１．２ｇ（ｇは重力加速度）より大きい場合は（Ｓ１０１；ＹＥＳ）、エラーを返す（Ｓ１０２）。加速度センサ出力に動加速度成分が多く含まれていると、重力加速度の方向（つまりブラシの三次元姿勢）を正確に特定するのが難しくなるからである。なお、Ｓ１０２のようにエラーを返すのではなく、合成ベクトルの大きさが１．２ｇ以下となる加速度センサ出力Ａｘ、Ａｙ、Ａｚが得られるまでＳ１００とＳ１０１の処理を繰り返すようにしてもよい。なお、エラー判定の閾値は１．２ｇに限らず、他の値でもよい。
【００５６】
（Ｓ２２：ブラッシング部位の推定）
図１７、図１８はブラッシング部位推定処理（Ｓ２２）のフローチャートである。また図１９、図２０は、ブラッシング部位ごとの加速度センサ出力Ａｘ、Ａｙ、Ａｚの一例を
示す図である。
【００５７】
まずＣＰＵ１２０は、ｚ方向の加速度センサの出力Ａｚに基づき、上顎か下顎かを判定する（Ｓ７００）。上顎の歯列をブラッシングするときはブラシ面が少なからず上向きになり、下顎の歯列をブラッシングするときはブラシ面が少なからず下向きになることに着目した判定である。Ａｚ＞０の場合は下顎（Ｓ８０１）、Ａｚ≦０の場合は上顎（Ｓ７０１）と判定される。
【００５８】
（１）上顎の場合
ＣＰＵ１２０は、ｙ方向の加速度センサの出力Ａｙに基づいて前歯か否かを判定する（Ｓ７０２）。前歯をブラッシングするときは歯ブラシ本体１が比較的水平になるが、臼歯をブラッシングするときは唇との干渉があるため歯ブラシ本体１が斜めにならざるをえないことに着目した判定である。Ａｙ≦閾値ａの場合は上顎前歯と判定される（Ｓ７０３）。
【００５９】
上顎前歯と判定した場合、ＣＰＵ１２０は、ｘ方向の加速度センサの出力Ａｘに基づいて頬側か舌側かを判定する（Ｓ７０４）。頬側と舌側とではブラシの向きが反転することに着目した判定である。Ａｘ＞０の場合は「上顎前頬側」と判定され（Ｓ７０５）、Ａｘ≦０の場合は「上顎前舌側」と判定される（Ｓ７０６）。
【００６０】
一方、Ｓ７０２で上顎前歯でないと判定した場合、ＣＰＵ１２０は、ｘ方向の加速度センサの出力Ａｘに基づいて噛み合わせ面か否かを判定する（Ｓ７０７）。噛み合わせ面をブラッシングするときはブラシ面がほぼ水平になり、Ａｘの出力が非常に小さくなることに着目した判定である。閾値ｂ＞Ａｘ＞閾値ｃの場合は「上顎左噛み合わせ面または上顎右噛み合わせ面」と判定される（Ｓ７０８）。なお、ここでは、上顎左噛み合わせ面と上顎右噛み合わせ面とをとくに区別していない。噛み合わせ面の場合、左右でブラシ角を変える必要性が小さいからである。
【００６１】
Ａｘ≧閾値ｂまたはＡｘ≦閾値ｃの場合、ＣＰＵ１２０は、Ａｘが０より大きいか否かで、頬側か舌側かを判定する（Ｓ７０９）。頬側と舌側とではブラシの向きが反転することに着目した判定である。Ａｘ＞０の場合は「上顎右頬側または上顎左舌側」と判定され（Ｓ７１０）、Ａｘ≦０の場合は「上顎左頬側または上顎右舌側」と判定される（Ｓ７１１）。なお、ここでは、上顎右頬側と上顎左舌側とをとくに区別していない。両部位のあいだでブラシ角等を変える必要性が小さいからである。上顎左頬側と上顎右舌側についても同様である。
【００６２】
（２）下顎の場合
ＣＰＵ１２０は、ｙ方向の加速度センサの出力Ａｙに基づいて前歯か否かを判定する（Ｓ８０２）。前歯をブラッシングするときは歯ブラシ本体１が比較的水平になるが、臼歯をブラッシングするときは唇との干渉があるため歯ブラシ本体１が斜めにならざるをえないことに着目した判定である。Ａｙ≦閾値ｄの場合は下顎前歯と判定される（Ｓ８０３）。
【００６３】
下顎前歯と判定した場合、ＣＰＵ１２０は、ｘ方向の加速度センサの出力Ａｘに基づいて頬側か舌側かを判定する（Ｓ８０４）。頬側と舌側とではブラシの向きが反転することに着目した判定である。Ａｘ＜０の場合は「下顎前頬側」と判定され（Ｓ８０５）、Ａｘ≧０の場合は「下顎前舌側」と判定される（Ｓ８０６）。
【００６４】
一方、Ｓ８０２で下顎前歯でないと判定した場合、ＣＰＵ１２０は、ｘ方向の加速度センサの出力Ａｘに基づいて噛み合わせ面か否かを判定する（Ｓ８０７）。噛み合わせ面を
ブラッシングするときはブラシ面がほぼ水平になり、Ａｘの出力が非常に小さくなることに着目した判定である。閾値ｅ＞Ａｘ＞閾値ｆの場合は「下顎左噛み合わせ面または下顎右噛み合わせ面」と判定される（Ｓ８０８）。なお、ここでは、下顎左噛み合わせ面と下顎右噛み合わせ面とをとくに区別していない。噛み合わせ面の場合、左右でブラシ角を変える必要性が小さいからである。
【００６５】
Ａｘ≧閾値ｅまたはＡｘ≦閾値ｆの場合、ＣＰＵ１２０は、Ａｘが０より大きいか否かで、頬側か舌側かを判定する（Ｓ８０９）。頬側と舌側とではブラシの向きが反転することに着目した判定である。Ａｘ＞０の場合は「下顎右頬側または下顎左舌側」と判定され（Ｓ８１０）、Ａｘ≦０の場合は「下顎左頬側または下顎右舌側」と判定される（Ｓ８１１）。なお、ここでは、下顎右頬側と下顎左舌側とをとくに区別していない。両部位のあいだでブラシ角等を変える必要性が小さいからである。下顎左頬側または下顎右舌側についても同様である。
【００６６】
以上の処理によって、現在のブラッシング部位が、「上顎前頬側」（Ｓ７０５）、「上顎前舌側」（Ｓ７０６）、「上顎噛み合わせ面」（Ｓ７０８）、「上顎右頬側または上顎左舌側」（Ｓ７１０）、「上顎左頬側または上顎右舌側」（Ｓ７１１）、「下顎前頬側」（Ｓ８０５）、「下顎前舌側」（Ｓ８０６）、「下顎噛み合わせ面」（Ｓ８０８）、「下顎右頬側または下顎左舌側」（Ｓ８１０）、「下顎左頬側または下顎右舌側」（Ｓ８１１）のいずれかに特定される。
【００６７】
なお、上記判定アルゴリズムはあくまでも一例を示したものにすぎず、加速度センサの出力Ａｘ、Ａｙ、Ａｚからブラッシング部位を特定できるのであればどのような判定アルゴリズムでも構わない。たとえばＡｘ、Ａｙ、Ａｚの値をそのまま判定の変数として用いるのでなく、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを適宜組み合わせることで得られる２次変数を判定に用いてもよい。２次変数は、たとえば、Ａｙ／Ａｚ、Ａｘ・Ａｘ＋Ａｙ・Ａｙ、Ａｚ−Ａｘなど、任意に設定できる。あるいは、各軸の加速度情報Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを、図２１に示すように角度情報（姿勢角）α、β、γに変換した後で、ブラッシング部位を判定してもよい。図２１の例では、重力加速度方向に対するｘ軸の角度をロール角α、重力加速度方向に対するｙ軸の角度をピッチ角β、重力加速度方向に対するｚ軸の角度をヨー角γのように定義している。判定に用いる閾値は臨床実験等の結果から決定することができる。
【００６８】
（Ｓ２３：ブラッシング部位に応じた分岐）
Ｓ２３において、ＣＰＵ１２０は、推定されたブラッシング部位に応じて処理を分岐する。ここでは、右手で歯ブラシを把持していると想定し、「部位１」＝「上顎噛み合わせ面、下顎噛み合わせ面」、「部位２」＝「上顎前頬側、上顎左頬側、上顎右舌側」、「部位３」＝「上顎前舌側、上顎右頬側、上顎左舌側、下顎前頬側、下顎前舌側、下顎右頬側、下顎左舌側、下顎左頬側、下顎右舌側」のように３つにグループ分けする。
【００６９】
部位１の場合、ＣＰＵ１２０は、アクチュエータ１７ｂのみを動作させて、区画Ｂを凹ませる（Ｓ４０）。区画Ｂの凹みに親指又は人差し指を合わせることで、ブラシ角が概ね０度に維持される。
【００７０】
部位２の場合、ＣＰＵ１２０は、アクチュエータ１７ａ、１７ｃ、１７ｆ、１７ｇ、１７ｈを動作させて、区画Ａ、Ｃ、Ｆ、Ｇ、Ｈを凹ませる（Ｓ２４）。区画Ａ、Ｃ、Ｆ、Ｇ、Ｈのそれぞれの凹みに右手の人差し指、親指、中指、薬指、小指を合わせて把持部を握ることで、部位２を磨く際のブラシ角が概ね４５度に維持される。
【００７１】
部位３の場合、ＣＰＵ１２０は、アクチュエータ１７ａ、１７ｃ、１７ｉ、１７ｊ、１７ｋを動作させて、区画Ａ、Ｃ、Ｉ、Ｊ、Ｋを凹ませる（Ｓ２５）。区画Ａ、Ｃ、Ｉ、Ｊ
、Ｋのそれぞれの凹みに右手の親指、人差し指、中指、薬指、小指を合わせて把持部を握ることで、部位３を磨く際のブラシ角が概ね４５度に維持される。
【００７２】
以上述べた本実施形態の構成によれば、ブラッシング部位の推定結果に応じて把持部の形状を制御することで、より適切な把持位置へとユーザを誘導することが可能となる。
【００７３】
＜その他＞
上述した実施形態の構成は本発明の一具体例を例示したものにすぎない。本発明の範囲は上記実施形態に限られるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。たとえば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせることも好ましい。また、上記実施形態では、偏心分銅による振動方式の電動歯ブラシを例示したが、本発明は他の運動方式の電動歯ブラシにも適用可能である。例えば、回転往復運動や直線往復運動やブラシ毛回転運動やそれらを切り替えて組み合わせた電動歯ブラシにおいても適用可能である。また、充電式でなく、乾電池式や電源コードを接続して使用するタイプの電動歯ブラシにも本発明を適用可能である。
【００７４】
また、上記実施形態では、把持部の形状を常に変形させているが、現在のブラシ角と目標値（最適値）とのずれが所定の閾値より大きい場合にのみ把持部の形状を変形してブラシ角の修正を促すようにしてもよい。ブラシ角は、たとえば、ｚ方向の加速度成分Ａｚから推定可能である。ブラシ角が約９０度の場合はＡｚはほとんど０を示し、ブラシ角が小さくなるほどＡｚの値が大きくなる、というようにブラシ角に応じてＡｚの値が有意に変化するからである。なお、ブラシ角に応じてｘ方向の加速度成分Ａｘも変化するため、Ａｚの代わりにＡｘからブラシ角を推定したり、ＡｘとＡｚの両方（ＡｘとＡｚの合成ベクトルの方向）からブラシ角を推定することも好ましい。
【００７５】
また、ブラシの姿勢検出の精度とブラッシング部位やブラシ角の推定精度をさらに高めるために、加速度センサとジャイロスコープの出力から、基準位置に対するブラシの移動量や相対姿勢を算出することも好ましい。基準位置については、電源ＯＮの時点の姿勢を基準位置に設定してもよいし、あるいは、使用者に基準位置（磨き始めの位置）を入力させるような仕組み（たとえば、歯ブラシ本体を水平に構えブラシを上顎前頬側に当てた状態でスイッチを押させる）を設けてもよい。移動量（移動距離）は、加速度センサ出力から得られるｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの動加速度成分を二階積分することにより算出することができる。ただし、移動量を算出する際は、歯ブラシの座標系ｘｙｚを、重力加速度方向をＺ軸とする座標系ＸＹＺ（上記基準位置が原点であるとよい）に変換する。たとえば、１クロックごとにＸ、Ｙ、Ｚそれぞれの移動距離を算出し累積していくことにより、基準位置（初期位置）に対する相対位置を割り出すことができる。そして、基準位置に対する相対位置がわかれば、上述した実施形態よりもさらに正確かつ詳細にブラッシング部位を同定することが可能である。さらに、磁気センサなどから得られる方位情報を利用してブラシの位置を算出することも好ましい。なお、加速度センサ出力から動加速度成分を抽出するには、ハイパスフィルタなどのバンドパスフィルタを用いることができる。このとき、ブラシの振動によるノイズを除去するために、ブラシの駆動周波数に相当する１００Ｈｚ〜３００Ｈｚ程度の周波数成分をカットすることも好ましい。またジャイロスコープと組み合わせてより正確な移動量や移動方向を算出することも好ましい。さらに、左右どちらの手で歯ブラシ本体を持つかによって指の置かれる位置が変わるため、予め使用者に利き手（歯ブラシを持つほうの手）を登録させ、登録された利き手に応じてブラッシング部位の判定アルゴリズムを変更したり、動作させるアクチュエータを変更したりしてもよい。また、把持部に接触感知センサ（感圧導電性ゴム等）を設けて自動的に指の置かれた位置を検知し、その指の置かれた位置に応じてブラッシング部位の判定アルゴリズムを変更したり、動作させるアクチュエータを変更したりしてもよい。
【００７６】
また、ブラシ部材２の先端部分に設けた小型カメラで口腔内を撮影し、その画像情報をブラシの姿勢検出に活用してもよい。さらに、ブラシ部材２の先端部分に温度センサや光センサを設け、それらの検出結果をブラシの姿勢検出に活用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【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は電動歯ブラシの外観を示す斜視図である。
【図４】図４はアクチュエータの配置区画を示す外観図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは図４のＸ−Ｘ断面図である。
【図６】図６は第１実施形態における電動歯ブラシの動作のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図７は第１実施形態における姿勢検出処理のフローチャートである。
【図８】図８はブラシの姿勢と加速度センサ出力の関係を示す図である。
【図９】図９Ａは上顎噛み合わせ面を磨く場合の持ち方を示す図であり、図９Ｂは上顎歯面をブラシ角４５度で磨く場合の持ち方を示す図であり、図９Ｃは下顎歯面をブラシ角４５度で磨く場合の持ち方を示す図である。
【図１０】図１０は第２実施形態におけるアクチュエータの配置区画を示す外観図である。
【図１１】図１１は第２実施形態における電動歯ブラシの動作のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】図１２は歯面をブラシ角９０度で磨く場合の持ち方を示す図である。
【図１３】図１３は第３実施形態におけるアクチュエータの配置区画を示す外観図である。
【図１４】図１４はブラッシング部位の区分を示す図である。
【図１５】図１５は第３実施形態における電動歯ブラシの動作のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】図１６は第３実施形態における姿勢検出処理のフローチャートである。
【図１７】図１７はブラッシング部位推定処理（上顎）のフローチャートである。
【図１８】図１８はブラッシング部位推定処理（下顎）のフローチャートである。
【図１９】図１９は上顎のブラッシング部位ごとの加速度センサ出力Ａｘ、Ａｙ、Ａｚの一例を示す図である。
【図２０】図２０は下顎のブラッシング部位ごとの加速度センサ出力Ａｘ、Ａｙ、Ａｚの一例を示す図である。
【図２１】図２１は電動歯ブラシの姿勢角の定義を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  電動歯ブラシ本体
２  ブラシ部材
３  ステム
１０  モータ
１１  回転軸
１２  駆動回路
１３  充電池
１４  コイル
１５  加速度センサ
１６  把持部
１７ａ〜１７ｋ  アクチュエータ
２０  ブラシ
３０  偏心軸
３１  重り
３２  軸受
１００  充電器
１２０  ＣＰＵ
１２１  メモリ
１２２  タイマ
Ｓ  スイッチ
【図１】
2009291316.tif 000003
【図２】
2009291316.tif 000004
【図３】
2009291316.tif 000005
【図４】
2009291316.tif 000006
【図５】
2009291316.tif 000007
【図６】
2009291316.tif 000008
【図７】
2009291316.tif 000009
【図８】
2009291316.tif 000010
【図９】
2009291316.tif 000011
【図１０】
2009291316.tif 000012
【図１１】
2009291316.tif 000013
【図１２】
2009291316.tif 000014
【図１３】
2009291316.tif 000015
【図１４】
2009291316.tif 000016
【図１５】
2009291316.tif 000017
【図１６】
2009291316.tif 000018
【図１７】
2009291316.tif 000019
【図１８】
2009291316.tif 000020
【図１９】
2009291316.tif 000021
【図２０】
2009291316.tif 000022
【図２１】
2009291316.tif 000023